Engines of Creation

http://www.wowio.com/users/product.asp?BookId=503
МАШИНЫ СОЗДАНИЯ
Грядущая эра нанотехнологии
Автор – K. Эрик Дрекслер
Перевод на русский язык – Михаил Свердлов
Впервые книга "Машины создания" была издана в твердой обложке издательством
«Энкор Букс» (Anchor Books) в 1986 году, в мягкой обложке – в 1987 г. Интернетверсия была переиздана и адаптирована Расселом Вайтейкером с разрешения
владельца авторских прав. Подлинник на английском языке находится на сайте
Института предвидения по адресу: http://www.foresight.org/EOC.
ISBN 0-385-19973-2
Машины создания. Введение к
веб-версии
Десять лет с первого издания "Машин создания" продвинули нас далеко вперёд по
пути развития молекулярных нанотехнологий и молекулярной промышленности.
Продвижение оказалось быстрее, чем я ожидал.
Базовые концепции также оказались более трудновоспринимаемы. Даже теперь, после
того как Советник по науке правительства США призвал к развитию молекулярной
промышленности, у части научного сообщества все ещё есть трудности с восприятием
некоторых весьма простых идей.
Тем не менее, кажется очевидным, что получение полного контроля над материей на
молекулярном уровне открывает значительные технологические возможности, и также
очевиден наш прогресс в этом направлении.
Молекулярные механизмы, обнаруженные в природе, доказывают существование этих
огромных возможностей. Об успехах исследований в направлении создания таких
механизмов сообщается в журналах каждую неделю. Возможно, короткие временные
горизонты, характерные как для американской, так и для европейской науки,
оправдывают пренебрежение последствиями этих огромных возможностей.
Ранее, "Машины создания" предсказывали развитие систем гипертекстовых
публикаций, и теперь такие публикации появились. В то время как Интернет
испытывает недостаток нескольких важных особенностей, тем не менее он
предоставляет и многие, описанные в "Машинах", преимущества.
Я рад, что "Машины" теперь доступны теперь в этой новой среде. Выражаю с связи с
этим свою благодарность Расселу Вайтейкеру за создание html-версии и Джиму
Льюису за сканирование текста для более ранней версии HyperCard1.
Примечание: В более ранней версии было сделано серьёзное упущение - не было благодарностей за
конвертирование оригинального текста. Дополнительную признательность следует выразить Джону Л. Квелю,
который, несколько лет назад, вскоре после первой публикации этой книги, в сотрудничестве с компанией
Боинг и Джоном Срамером из университета Вашингтона, работал над сканированием и распознаванием
оригинального текста. Тогда сканирование было большим техническим подвигом. Благодарности д-ру Джиму
Льюису за то, что он обратил на это внимание - Расселл
1
Есть кое-что, что я бы изменил в "Машинах", если бы писал их сегодня (конечно, я
бы подправил детали, но изменения были бы несущественными). Технологии
продолжают эволюционировать и расширяться (как в масштабе, так и в аналитических
деталях), однако основные концепции пережили критическое рассмотрение - и в
сети, и где бы то ни было ещё.
Для того чтобы быть в курсе нанотехнологических разработок, свяжитесь с
Институтом Предвидения или посмотрите его веб-сайт (сайт Института молекулярного
производства сейчас находится в разработке).
Эрик Дрекслер,
Член совета колледжа по научной работе
Института молекулярного производства,
Пало Альто, Калифорния
Апрель 1996 года.
Предисловие
Марвина Мински
"Машины создания" K. Эрика Дрекслера - чрезвычайно оригинальная книга,
посвящённая последствиям новых технологий. Она честолюбива, написана образно и,
что самое главное, высказываемые в ней мысли технически обоснованы.
Итак, как же можно предсказать последствия развития науки и техники? Хотя много
ученых и технологов пробовало сделать это, но не любопытно ли, что наиболее
успешные попытки принадлежали авторам научной фантастики, таким как Жюль Верн,
Х.Г. Велз, Фредерику Роль, Роберт Хайнлайн, Айзек Азимов и Артур К. Кларк.
Разумеется, некоторые из этих писателей знали многое о науке своего времени.
Однако, возможно, самым главным источником их успеха было то, что они в равной
степени уделяли внимание и основным, и альтернативным факторам, возникающим из
их обществ. Как подчёркивал сам Кларк, практически невозможно предсказать детали
будущих технологий на срок больше, чем половина столетия вперед. Например,
сложно предсказать детально, какие альтернативы станут технически возможными на
большем интервале времени. Почему я в этом уверен? Просто потому, что если бы
можно было заглядывать вперед так ясно, то можно было бы воплощать эти
предсказания намного раньше (если, конечно, есть желание это сделать). Вторая
проблема состоит в том, что не менее трудно предположить характер социальных
изменений, которые могут влиять на технологический прогресс. Учитывая такую
неопределённость, предсказание подобно зданию очень высокой и тонкой пирамиды
аргументов. К сожалению, все мы знаем, что такие конструкции ненадежны…
Как же можно построить более надёжную систему доказательств? Во-первых, все
исходные положения должны быть предельно достоверны - и Дрекслер основывается на
наиболее достоверных областях из современного технического знания. Затем,
следует подтвердить каждый важный шаг в логике выводов несколькими различными
способами. И наконец, никогда нельзя полностью доверять нашим собственным
суждениям в таких вопросах, поскольку у всех нас есть желания и опасения,
которые оказывают влияние на ход наших мыслей, даже если мы это не осознаём.
Однако, в отличие от большинства людей, которые борются с предрассудками,
Дрекслер много лет смело и открыто говорил об этих идеях и с наиболее
консервативными скептиками, и с мечтателями, которые принимают желаемое за
действительное. Обсуждения велись например, в Массачусетском технологическом
Институте, а также в других серьезных научных сообществах. Он всегда внимательно
слушал то, что говорят другие, и иногда пересматривал свои взгляды
соответственно.
"Машины создания" начинаются с понимания того, что наши возможности что-либо
делать зависят от того, что мы можем построить. Далее, это ведет к осторожному
анализу возможных способов «складывать» атомы в конструкции. Дрекслер задаётся
вопросом: "Что мы могли бы строить с помощью таких «складывающих атомы»
механизмов?" Для примера, мы могли бы производить сборочные машины, по размеру
намного меньшие даже живых клеток, и делать материалы более прочными и лёгкими,
чем любые имеющиеся сейчас. А значит, лучшие космические корабли. А значит,
крошечные устройства, которые могут путешествовать по капиллярам, для того чтобы
проникать в живые клетки и восстанавливать их.
Следовательно - способность лечить болезнь, обращать вспять разрушительное
воздействие возраста, а также способность делать наши тела более быстрыми или
более сильными, чем прежде. Способность делать машины вплоть до размеров вирусов
- машины, которые будут работать со скоростями, которые никто из нас не может
пока даже оценить. А затем, как только мы научимся это делать, мы смогли бы
собирать мириады таких крошечных частей в интеллектуальные машины, возможно,
основанные на использовании квинтильонов наноскопических параллельно работающих
устройств, которые делают описания материи вокруг себя, сравнивают их с ранее
записанными её моделями, а также помнят и используют результаты всех прошлых
экспериментов. Таким образом, эти новые технологии могли бы изменить не просто
материалы и средства, которые мы используем, чтобы формировать нашу физическую
среду, но также и действия, которые мы могли бы совершать с любым создаваемым
нами физическим объектом.
Вернёмся теперь к проблеме Артура С. Кларка - предсказанию на больший срок, чем
пятьдесят лет вперед. Мы видим, что темы, к которым обращается Дрекслер, похоже,
затрудняют её решение. Ведь как только начнётся процесс складывания из атомов,
то эти пятьдесят лет могли бы принести большее количество изменений, чем все,
что случилось со времён средневековья. Как мне кажется, несмотря на все, что мы
слышим о современных технологических революциях, в действительности, они не так
уж сильно повлияли на нашу жизнь за последние пол-столетия. Действительно ли
телевидение изменило наш мир? Несомненно, меньше, чем это сделало радио, и даже
меньше, чем это сделал телефон. Как насчёт самолетов? Они просто уменьшили время
путешествия с дней до часов - в то время как железная дорога и автомобиль уже
сделали большие изменения, сократив это время с недель до дней! Но "Машины
создания" ставят нас на порог поистине значительных перемен; нанотехнология
действительно могла бы иметь большее влияние на наше материальное существование
– такое же большое, как и последние два наиболее значительных изобретения этого
рода - замена палок и камней металлом и цементом и использование электричества.
Точно так же мы можем сравнивать возможное воздействие искусственного интеллекта
на то, как мы думаем, и на то, как мы могли бы начать думать о самих себе,
только с двумя более ранними изобретениями: изобретением языка и письма.
Скоро мы будем вынуждены встать перед этими широкими перспективами, а значит и
перед ответственными выборами. Как нам следует с ними поступать? Книга "Машины
создания" объясняет, как эти новые альтернативы могли бы затронуть многое из
того, что в наибольшей степени заботит человечество: богатство и бедность,
здоровье и болезни, мир и война. И Дрекслер предлагает не просто нейтральное
перечисление возможностей, но множество идей и предложений, как можно было
оценивать эит возможности. "Машины создания" - пока что наилучшая попытка
подготовить нас к размышлению на тему - куда мы можем прийти в ближайшем будущем
и следует ли препятствовать созданию новых технологий.
МАРВИН МИНСКИ,
Заслуженный профессор наук,
Массачусетский Технологический Институт
Глоссарий
Этот глоссарий содержит термины, которые используются в описании вопросов,
связанных с высокими технологиями. Он составлен группой по изучению
нанотехнологии Массачусетского Технологического Института, при особом содействии
Дэвида Дарроу из Университета Штата Индиана.
АКТИВНАЯ ЗАЩИТА: Защитная система со встроенными сдерживающими факторами для
ограничения или предотвращения использования системы во вред.
АМИНОКИСЛОТЫ: Органические молекулы, из которых строятся белки. Известно около
двух сотен аминокислот, двадцать из которых широко распространены в живых
организмах.
АНТИОКСИДАНТЫ: Химические вещества, препятствующие окислению, которое вызывает
прогорклость жиров и повреждение ДНК.
ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ (ИИ): Область исследования, которая ставит целью понять
и построить интеллектуальные машины; этот термин также может относиться и к
самой машине, обладающей интеллектом.
АССЕМБЛЕР: Молекулярная машина, которая может быть запрограммирована строить
практически любую молекулярную структуру или устройство из более простых
химических строительных блоков. Подобие управляемого компьютером механического
цеха. (См. Репликатор.)
АТОМ: Самая маленькая частица химического элемента (приблизительно три
десятимиллиардных метра в диаметре). Атомы - блоки, из которых строятся молекулы
и кристаллические объекты; они состоят из облака электронов, окружающих плотное
ядро, которое в тысячи раз меньше, чем сам атом. Наномашины будут работать не с
ядрами, а с атомами.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИНЖИНИРИНГ: Использование компьютеров для выполнения
технических разработок, в конечном итоге – разработка детальных проектных
решений по заданной общей спецификации, полностью самостоятельная или с
минимальной человеческой помощью. Автоматизированный инжиниринг специализированная форма искусственного интеллекта.
БАКТЕРИИ: Одноклеточные живые организмы, обычно диаметром около одного микрона.
Бактерии - одни из самых старых, самых простых и самых маленьких типов клеток.
БИОШОВИНИЗМ: Предубеждение, что биологические системы имеют присущее и
неотъемлемое превосходство, обеспечивающее им монополию на самовоспроизводство и
интеллект.
БИОСТАЗИС: Состояние, в котором структура клетки и ткани сохранена, что
позволяет в дальнейшем восстановление клеток машинами ремонта.
БАЛК-ТЕХНОЛОГИЯ: Технология, основанная на манипуляции совокупностями атомов и
молекул, а не индивидуальными атомами; большинство существующих технологий
попадает в эту категорию.
КАПИЛЛЯРЫ: Микроскопические кровеносные сосуды, которые переносят кровь,
обогащённую кислородом, к тканям.
КЛЕТКА: Единица, ограниченная мембраной, обычно несколько микрон в диаметре. Все
растения и животные состоят из одной или большего количества клеток (для
человека - триллионы). Обычная клетка многоклеточного организма содержит ядро,
содержащее всю генетическую информацию организма.
МАШИНА РЕМОНТА КЛЕТКИ: Система, включающая нанокомпьютеры, а также датчики и
инструменты молекулярного размера, запрограммированные на восстановление
повреждений ячеек и тканей.
ЧИП: См. Интегральная схема.
ПЕРЕКРЁСТНОЕ СВЯЗЫВАНИЕ: Процесс, формирующий химические связи между двумя
отдельными молекулярными цепями.
КРИОБИОЛОГИЯ: Биология низких температур; исследования в криобиологии сделали
возможным замораживание и хранение спермы и крови для дальнейшего использования.
КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА: Регулярно повторяющаяся трехмерная структура атомов в
кристалле.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ С ОПЕРЕЖЕНИЕМ: Использование известных принципов науки и
инжиниринга для разработки систем, которые могут быть построены только с помощью
ещё не имеющихся в распоряжении инструментов; это даёт возможность более
быстрого получения пользы от способностей новых инструментов.
ДИВЕРСИФИКАЦИЯ (ИЗБЫТОЧНОСТЬ) ПРОЕКТИРОВАНИЯ: Форма избыточности, при которой
компоненты различного устройства служат одной и той же цели; это даёт возможность отказоустойчивого
функционирования, несмотря на дефекты в конструкции.
ДИЗАССЕМБЛЕР: Система наномашин, способная разбирать объект на атомы с записью
его структуры на молекулярном уровне.
ИНФОРМАЦИОННАЯ СМЕРТЬ: Изменения в организме, при которых, из текущего состояния
не может быть определена его исходная структура.
ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА): Молекулы ДНК - длинные цепи, состоящие из
четырех видов нуклеотидов; порядок этих нуклеотидов кодирует информацию,
необходимую для построения молекул белка. Они, в свою очередь, составляют основу
молекулярного аппарата клеток. ДНК - генетический материал клеток. (См. также
РНК).
ИНЖИНИРИНГ: Использование научного знания и метода проб и ошибок для
проектирования системы. (См. Наука.)
ЭНТРОПИЯ: Мера беспорядка физической системы.
ФЕРМЕНТ: Белок, который действует как катализатор в биохимической реакции.
EVRISKO: Программа для компьютера, разработанная профессором Дугласом Ленатом,
которая способна применить эвристические правила для выполнения различных задач,
включая изобретение новых эвристических правил.
ЭВОЛЮЦИЯ: Процесс, в котором популяция самовоспроизводящихся объектов (существ)
подвергается изменению с размножением успешных вариантов, которые становятся
основой для дальнейших изменений.
ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ РОСТ: Рост, характеризующийся периодическим удвоением.
ФОРУМ ПОИСКА ФАКТОВ: Процедура для поиска фактов с помощью структурированных и
управляемых арбитром дебатов между экспертами.
СВОБОДНЫЙ РАДИКАЛ: Молекула, содержащая непарный электрон, обычно непостоянный и
готовый вступать в реакции. Свободные радикалы могут повреждать молекулярные
механизмы биологических систем, что ведёт к перекрёстным связям и мутациям.
ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ ГЕЙЗЕНБЕРГА: Квантово-механический принцип, из которого
следует, что положение и импульс объекта не могут быть одновременно точно
определены. Принцип Гейзенберга помогает определить размер электронных облаков,
и, следовательно, размер атомов.
ЭВРИСТИКИ: Строго необоснованные правила, которые используются для поиска
решения проблемы.
ГИПЕРТЕКСТ: Система на базе компьютера для объединения текста и иной информации
перекрестными ссылками, дающая возможность быстрого доступа и поиска, легкой
публикации критики.
ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА (ИС): Электронная схема, состоящая из многих взаимосвязанных
устройств на одном полупроводнике, обычно со стороной в 10 мм. ИС - самые важные
блоки, из которых строятся сегодняшние компьютеры.
ИОН: Атом с большим или меньшим количеством электронов, чем нужно для
компенсации электронного заряда ядра. Ион - атом с электрическим зарядом.
КЕВЛАР (TM): Синтетическое волокно, созданное компанией E. I. du Pont Nemours &
Co. Прочнее большинства сталей, Кевлар - один из самых прочных материалов,
доступных на рынке, используемый в аэрокосмическом конструировании,
пуленепробиваемых жилетах и других случаях, когда требуется высокое отношение
прочности к весу.
СВЕТОВОЙ ПАРУС: Система приведения в движение космического корабля, которая
получает импульс от давления света, падающего на тонкую металлическую плёнку.
ОГРАНИЧЕННЫЙ АССЕМБЛЕР: Ассемблер со встроенными ограничителями, которые сужают
способы его использования (например, делают невозможными опасные виды
использования или позволяют ему строить только один вид объектов).
МИМ: Идея, которая, подобно гену, может воспроизводиться и эволюционировать.
Примеры мимов (и систем мимов) включают политические теории, религии, обращающие
в свою веру, а также и само понятие мимов.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ: См. Нанотехнология.
МОЛЕКУЛА: Самая маленькая частица химического вещества; обычно группа атомов,
скрепляемых в особом порядке химическими связями.
МУТАЦИЯ: Наследуемая модификация в генетической молекуле, такой как ДНК. По
своему воздействию на организм мутации могут быть положительными, отрицательными
или нейтральными; конкуренция уничтожает отрицательные, оставляя положительные и
нейтральные мутации.
НАНО-: Приставка, означающая десять к минус девятой степени, или одну
миллиардную.
НАНОКОМПЬЮТЕР: Компьютер, сделанный из компонентов (механических, электронных
или других) в масштабе нанометра.
НАНОТЕХНОЛОГИЯ: Технология, основанная на манипуляции отдельными атомами и
молекулами для построения структур по сложным атомным спецификациям.
НЕЙРОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ: Имитация функционирования нейронной системы, такой как
мозг, путём моделирования функции каждой клетки.
НЕЙРОН: Нервная клетка, такая, как клетка мозга.
НУКЛЕОТИД: Небольшая молекула, состоящая из трех частей: азотная основа (пурин
или пиримидин), сахар (рибоза или дезоксирибоза) и фосфат. Нуклеотиды играют
роль блоков, из которых строятся нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).
ЯДРО: В биологии - структура в достаточно сложных клетках, содержащая хромосомы
и аппарат для транскрипции ДНК в РНК. В физике - маленькое, плотное ядро атома.
ОРГАНИЧЕСКАЯ МОЛЕКУЛА: Молекула, содержащая углерод; все сложные молекулы в
живых системах - органические молекулы.
ПОЛИМЕР: Молекула, составленная из единиц меньшего размера, связанных в цепь.
ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ СУММА: Термин, используемый для описания ситуации, где один или
большее количество объектов (игроков) могут выигрывать без того, чтобы из-за
этого другие объекты (игроки) несли равный проигрыш; например, растущая
экономика. (См. Нулевая Сумма.)
ИЗБЫТОЧНОСТЬ: Использование большего количества компонентов, чем необходимо, для
выполнения функции; это может давать возможность системе работать должным
образом, несмотря на вышедшие из строя компоненты.
РЕПЛИКАТОР: Когда речь идёт об эволюции, репликатор - это объект (такой как ген,
мим или содержание диска памяти компьютера), который способен сам себя
скопировать, включая любые изменения, которым он мог подвергнуться. В более
широком смысле, репликатор - это система, которая способна делать свою копию, не
обязательно копируя любые изменения, которым она могла подвергнуться. Гены
кролика - репликаторы в первом смысле (изменение в гене может быть
унаследовано); кролик непосредственно - репликатор только во втором смысле
(метка, сделанная на его ухе, не может быть унаследована).
ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫЙ ФЕРМЕНТ: Фермент, который разрезает ДНК в определенном участке,
позволяя биологам вставить или удалить генетический материал.
РИБОНУКЛЕАЗА: Фермент, который расщепляет молекулы РНК на меньшие части.
РИБОСОМА: Молекулярная машина, присутствующая в большинстве клеток, которая
строит молекулы белка согласно инструкциям, читаемым из молекул РНК. Рибосомы сложные структуры, построенные из молекул белка и РНК.
РНК: Рибонуклеиновая кислота; молекула, подобная ДНК. В клетках информация из
ДНК расшифровывается в РНК, которые, в свою очередь, направляют построение
белка. Некоторые вирусы используют РНК как свой генетический материал.
НАУКА: Процесс развития систематизируемого знания мира путём изменения и
испытания гипотез. (См. Инжиниринг.)
НАУЧНЫЙ СУД (введено в употребление средствами массовой информации): Форум
поиска фактов, проводимый правительством.
ЗАКУПОРЕННАЯ АССЕМБЛЕРНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ: Рабочее пространство, содержащее
ассемблеры, которое закрыто со всех сторон таким образом, что информация может
проникать и внутрь и наружу, однако материя (ассемблеры или продукты их
деятельности) наружу проникать не может.
СИНАПС: Структура, которая передает сигналы от нейрона к соседнему нейрону (или
к иной клетке).
ВИРУС: Маленький репликатор, состоящий практически только лишь из
плотноупакованной ДНК или РНК, который, будучи введённым в клетку хозяина, может
направить молекулярные механизмы клетки на производство новых вирусов.
НУЛЕВАЯ СУММА: Термин, используемый для описания ситуации, в которой один объект
(игрок) может получать пользу, только если другие терпят равную потерю;
например, игра в покер. (См. Положительная Сумма.)
Часть 1
Обоснование
предвидения
Глава 1. МАШИНЫ СТРОИТЕЛЬСТВА
Конструирование белка ... представляет первый существенный шаг к более общей
возможности молекулярного строительства, которая позволила бы нам
структурировать материю атом за атомом.
КЕВИН АЛМЕР,
директор по перспективным исследованиям корпорации Genex
УГОЛЬ И АЛМАЗЫ, песок и чипы компьютера, рак и здоровая ткань - всегда и везде,
в зависимости от упорядочения атомов, возникало дешевое или драгоценное, больное
или здоровое. Упорядоченные одним образом, атомы составляют почву, воздух и
воду; упорядоченные другим, они составляют спелую землянику. Упорядоченные одним
образом, они образуют дома и свежий воздух; упорядоченные другим - золу и дым.
Наша способность упорядочивать атомы лежит в основе всех технологий. Мы ушли
далеко в своей способности упорядочивать атомы, от заточки кремня для
наконечников стрел до обработки алюминия для космических кораблей. Мы гордимся
нашими технологиями, - нашими лекарствами, спасающими жизнь, нашими настольными
компьютерами… Однако и космические корабли всё ещё грубы, и компьютеры пока ещё
глупы, и молекулы в самих наших тканях всё ещё постепенно приходят в беспорядок,
вначале разрушая здоровье, а затем и саму жизнь. При всех успехах в упорядочении
атомов мы всё ещё используем примитивные методы упорядочения. Мы всё ещё
вынуждены манипулировать большими, плохо управляемыми группами атомов.
Но законы природы предоставляют нам всё новые и новые возможности для прогресса,
и давление мировой конкуренции движет нас вперед. Хорошо это или плохо, но самое
большое технологическое достижение в истории человечества всё ещё впереди.
Два Стиля Технологии
Вся современная технология основывается на древней традиции. Тридцать тысяч лет
назад обтёсывание камня было высокой технологией. Наши предки брали камни,
содержащие триллионы триллионов атомов, и удаляли слои, содержащие миллиарды
триллионов атомов, для того чтобы сделать их них наконечники для стрел. Они
делали прекрасную работу с мастерством, трудновоспроизводимым сегодня. Также они
делали рисунки на стенах пещер во Франции распылением краски, используя свои
руки в качестве трафаретов. Позже они делали горшки обжиганием глины, потом бронзу, обжигая породу. Они придавали бронзе форму, выковывая её. Они делали
железо, потом сталь, и придавали им форму, нагревая, выковывая и снимая стружку.
Мы теперь готовим чистую керамику и более прочные стали, но мы все ещё придаём
им форму с помощью выковывания и снятия стружки. Мы готовим чистый кремний,
пилим его в пластины и делаем рисунок на поверхности, используя крошечные
трафареты и пучки света. Мы называем эти изделия "чипами" и считаем, что они
удивительно малы, по крайней мере, в сравнении с наконечниками стрел.
Наша микроэлектронная технология сумела загнать машины, столь же мощные, как
компьютеры размером в комнату начала 1950-ых, в несколько кремниевых чипов в
карманном компьютере. Инженеры теперь делают устройства меньшие, чем когда-либо,
раскидывая группы атомов по поверхности кристалла так, чтобы образовывались
связи и компоненты в одну десятую толщины тончайшего волоса.
Эти микросхемы могут считаться маленькими в стандартах тесальщиков кремня, но
каждый транзистор все ещё содержит триллионы атомов, и так называемые
"микрокомпьютеры" все ещё видимы невооружённым глазом. По стандартам более
новой, более мощной технологии они будут выглядеть гигантскими.
Древний стиль технологии, который можно проследить от чипов кремня до кремниевых
чипов, обращается с атомами и молекулами в больших совокупностях; назовём это
балк-технологией2. Новая технология будет манипулировать индивидуальными атомами
и молекулами, под контролем и высокоточно, - назовём такую технологию
молекулярной. Она изменит наш мир в больше, чем мы можем вообразить.
Микросхемы имеют детали, измеряемые в микрометрах, то есть в миллионных долях
метра, но молекулы измеряются в нанометрах (в тысячу раз меньше). Мы можем
использовать термины "нанотехнология" и "молекулярная технология"
взаимозаменяемо для обозначения этого нового вида технологии. Разработчики новой
технологии будут строить и наносхемы, и наномашины.
Молекулярная технология сегодня
Одно из определений машины – это "любая система, обычно из твердых частей,
сформированных и связанных так, чтобы изменять, передавать и направлять
используемые силы определенным способом для достижения определенной цели, такой
как выполнение полезной работы". Молекулярные машины подходят под это
определение вполне хорошо.
Для того чтобы представить себе эти машины, нужно сначала дать наглядное
представление о молекулах. Мы можем изобразить атомы как бусинки, а молекулы как
группы бусинок, подобно детским бусам, соединённым кусочками нитки. И на самом
деле, химики иногда представляют молекулы наглядно, строя модели из
пластмассовых бусинок (некоторые из которых связаны в нескольких направлениях
чем-то, подобным спицам в наборе «Tinkertoy»). Атомы имеют круглую форму подобно
бусинам, и хотя молекулярные связи - не кусочки нитки, наша картинка, как
минимум, даёт важное представление о том, что связи могут быть порваны и
восстановлены.
Если бы атом был размером с маленький мраморный шарик, то довольно сложная
молекула была бы размером с кулак. Это даёт полезный мысленный образ, но на
самом деле размер атома - около 1/10.000 размера бактерии, а размер бактерии около 1/10.000 размера комара. (Размер ядра атома, однако, составляет около
1/100.000 размера самого атома. Заметим, что разница между атомом и ядром - это
разница между огнем и ядерной реакцией).
Вещи вокруг нас действуют так как они действуют в зависимости от того, как ведут
себя их молекулы. Воздух не держит ни форму, ни объем, потому что молекулы
двигаются свободно, сталкиваясь и отскакивая рикошетом в открытом пространстве.
Молекулы воды держатся вместе в процессе перемещения, поэтому вода сохраняет
постоянный объём в процессе изменения своей формы. Медь сохраняет свою форму,
потому что её атомы связаны друг с другом в определённую структуру; мы можем
согнуть её или ковать её, потому что её атомы скользят друг относительно друга,
оставаясь при этом связанными вместе. Стекло разбивается, когда мы ударяем по
нему молотком, потому что его атомы отделяются друг от друга раньше, чем
2
Bulk - оптовый
начинают скользить. Резина состоит из цепочек перекрученных молекул, подобно
клубку веревок. Когда её растягивают и отпускают, её молекулы распрямляются и
сворачиваются опять. Такие простые молекулярные схемы образуют пассивные
вещества. Более сложные схемы образуют активные наномашины - живые клетки.
Биохимики уже работают с этими машинами, которые в основном состоят из белка основного строительного материала живых клеток. Такие молекулярные машины имеют
относительно немного атомов, и они имеют бугорчатую поверхность, подобно
объектам, сделанным склеиванием горстки мраморных шариков. Также многие пары
атомов связаны связями, которые могут сгибаться и вращаться, поэтому белковые
машины необычно гибки. Однако, подобно всем машинам, они имеют детали различной
формы и размеров, которые выполняют полезную работу. Все машины используют
группы атомов в качестве своих частей. Просто белковые машины используют очень
маленькие группы.
Биохимики мечтают о проектировании и создании таких устройств как белковые
машины, но есть трудности, которые ещё необходимо преодолеть. Инженеры
используют лучи света, для того чтобы наносить схемы на кремниевые чипы, но
химики вынуждены использовать намного более сложные методы. Во-первых, когда они
комбинируют молекулы в различных последовательностях, у них есть весьма
ограниченный контроль над тем, как молекулы соединяются. Во-вторых, когда
биохимикам нужны сложные молекулярные машины, они по-прежнему должны
заимствовать их из клеток. Однако в будущем, продвинутые молекулярные машины, в
конечном счете, позволят им строить наносхемы или наномашины так же просто и
непосредственно, как сейчас инженеры строят микросхемы и моечные машины. После
этого прогресс станет впечатляюще стремительным.
Генные инженеры уже показывают нам этот путь. Обычно, когда химики делают
молекулярные цепи, называемые "полимерами", - они сваливают молекулы в сосуд,
где они в жидкости сталкиваются и связываются случайным образом. Появляющиеся в
результате цепи имеют различные длины, а молекулы связываются без какого-либо
определённого порядка.
Но в современных машинах генного синтеза генные инженеры строят более
организованные полимеры - специфические молекулы ДНК, соединяя молекулы в
определённом порядке. Такие молекулы - нуклеотиды ДНК («буквы» генетического
«алфавита»), и генные инженеры не сваливают их все вместе как это делается для
производства полимеров. Вместо этого они заставляют машины добавлять различные
нуклеотиды в определённой последовательности, чтобы составить определённую
«фразу». Вначале они связывают один тип нуклеотидов с концом цепи, потом они
вымывают лишний материал и добавляют химические вещества, чтобы подготовить
конец цепи к связыванию со следующим нуклеотидом. Они растят цепи, нанизывая
нуклеотиды по одному за раз в строго запрограммированном порядке. Они прицепляют
самый первый нуклеотид в каждой цепи к твёрдой поверхности, чтобы удержать цепь
от размывания химической средой, в которой она находится. Таким образом, они
заставляют большую неуклюжую машину собирать определённые молекулярные структуры
из частей, которые в сотни миллионов раз меньше, чем она сама.
Но этот слепой и неуклюжий процесс сборки случайно пропускает в некоторых цепях
нуклеотиды. Вероятность ошибок растет, поскольку цепи становятся более длинными.
Подобно рабочим, откладывающим в сторону плохие детали перед сборкой автомобиля,
генные инженеры уменьшают ошибки, отбраковывая плохие цепи. Далее, для того
чтобы соединить эти короткие цепи в работающие гены (обычно длиной в тысячи
нуклеотидов), они обращаются к готовым молекулярным машинам, имеющимся в
бактериях.
Эти белковые машины, называемые ферментами ограничения, интерпретируют некоторые
последовательности ДНК как команду "резать здесь". Они считывают эти участки
гена контактно, прилипая к ним, и разрезают цепь, меняя порядок нескольких
атомов. Другие ферменты соединяют части вместе, "читая" соответствующие части
как "склеить здесь", они, аналогично, "читают" цепи выборочным прилипанием и
соединяют их, изменяя порядок нескольких атомов. Используя генные машины для
чтения, а ферменты – для ограничения для разрезания и склеивания, генные
инженеры могут написать и отредактировать любую «фразу» ДНК, которую захотят.
Но сама по себе ДНК - бесполезная молекула. Она не является прочной как кевлар,
не обладает цветом как красители, не активна подобно ферменту. И всё же она
имеет нечто такое, что промышленность готова тратить миллионы долларов, чтобы
это использовать, - она имеет способность направить молекулярные машины,
называемые рибосомами. В клетках молекулярные машины вначале производят
транскрипцию ДНК, копируя её информацию на "ленты" РНК. Далее, подобно старым
машинам, управляемым цифровым кодом, записанным на ленте, рибосомы строят белки,
основываясь на инструкциях, хранящихся на РНК. А уже построенные белки полезны.
Белки, подобно ДНК, походят на бугорчатые нити бусинок. Но в отличие от ДНК,
молекулы белка могут сворачиваются, чтобы образовывать маленькие объекты,
способные что-то делать. Некоторые белки - ферменты - это машины, которые
создают и разрушают молекулы (а также копируют ДНК, расшифровывают их и строят
другие белки в этом же жизненном цикле). Другие - гормоны, связывающиеся с
другими белками, чтобы давать сигналы клеткам изменять своё поведение. Генные
инженеры могут производить эти объекты с небольшими затратами, направляя дешёвые
и эффективные молекулярные машины внутрь живых организмов для выполнения этой
работы. В то время как инженеры, управляющие химическим заводом, должны работать
с цистернами реагирующих химических веществ (которые часто приводят атомы в
беспорядок и выделяют вредные побочные продукты), инженеры, работающие с
бактериями, могут заставлять их абсорбировать химические вещества, аккуратно
изменяя порядок атомов, и сохранять продукт или высвобождать его в окружающую
жидкость.
Генные инженеры сейчас запрограммировали бактерии делать белки - от
человеческого гормона роста до ренина, фермента, используемого при создании
сыра. Фармацевтическая компания «Eli Lilly» (Индианаполис) сейчас продвигает на
рынок Хьюмулин, молекулы инсулина человека, произведённые бактериями.
Белковые машины в природе
Гормоны белка и ферменты выборочно прилипают к другим молекулам. Фермент
изменяет структуру цепи, затем идёт дальше; гормон воздействует на поведение
цепи только пока оба остаются связанными вместе. Ферменты и гормоны могут, в
конечном счёте, быть описаны в терминах механики, но их поведение лучше
описывается в химией.
Но другие белки выполняют и простые механические функции. Некоторые тянут и
толкают, некоторые действуют как шнуры или распорки, и части некоторых молекул
являются превосходными подпорками. Механизм мускула, например, имеет наборы
белков, которые захватывают "веревку" (также сделанную из белка), тащат её,
потом отходят, для того чтобы захватить новую; во всех случаях, когда вы
двигаетесь, вы используете эти машины. Амёбы и человеческие клетки двигаются и
изменяют форму, используя волокна и палочки, которые действуют как мускулы и
кости молекул. Реверсивный, с изменяемой скоростью двигатель толкает бактерию в
воде, поворачивая молекулярные пропеллеры в форме спирали. Если любитель бы мог
построить миниатюрные автомобильчики вокруг такого двигателя, несколько
миллиардов миллиардов помещались бы в карман, а через ваш самый тонкий капилляр
поместилась бы 150-полосная магистраль.
Простые молекулярные устройства комбинируются для формирования системы, похожей
на промышленные машины. В 1950-ых инженеры разрабатывали станки, которые режут
металл под контролем перфорированной бумажной ленты. Полтора столетия ранее
Джозеф-Мэри Жаккард построил ткацкий станок, который ткал сложные рисунки под
контролем последовательности перфорированных карт. Однако более трёх миллиардов
лет до Жаккарда, клетки разработали механизм рибосомы. Рибосомы доказали, что
наномашины, построенные из белка и РНК, могут быть запрограммированы на
построение сложных молекул.
Теперь рассмотрим вирусы. Один вид, T4 phage, действует подобно шприцу с
пружиной и напоминает нечто из промышленного каталога запчастей. Он может
прилепляться к бактерии, пробивать отверстие и вводить вирусный ДНК (да, даже
бактерии страдают заразными болезнями). Подобно всем организмам, эти вирусы
существуют потому, что они довольно стабильны и хорошо умеют делать свои копии.
В клетках или нет, наномашины подчиняются универсальным законам природы. Обычные
химические связи держат их атомы вместе, и обычные химические реакции
(управляемые другими наномашинами) их собирают. Молекулы белка могут даже
соединяться для образования машин без специальной помощи, движимые только
тепловым возбуждением и химическими силами. Перемешивая вирусные белки (и ДНК,
которые они обслуживают) в испытательной пробирке, молекулярные биологи собирали
работающие вирусы T4. Такое умение удивительно: представьте себе, что вы
складываете детали автомобиля в большую коробку, встряхиваете её, и когда
заглядываете внутрь - обнаруживаете там собранный автомобиль! Однако этот вирус
Т4 - только один из многих самособирающихся структур. Молекулярные биологи
разобрали механизм рибосомы на пятьдесят отдельных белков и молекул РНК и потом
поместили их в испытательную пробирку, – и так они образовали работающую
рибосому.
Для того чтобы видеть, как это получается, вообразите различные цепи белков T4,
плавающие в воде. Каждый вид белка сворачивается и образует кусок со
специфическими для него выпуклостями и впадинами, покрытый характерными наборами
из молекул жира, воды и электрическим зарядом. Представьте их себе гуляющими
свободно и поворачивающими, толкаясь от температурных вибраций окружающих
молекул воды. Время от времени их пары ударяются, потом расходятся. Иногда пара
соударяется так, что выпуклости одного подходят под впадины другого – если
клейкие участки соответствуют друг другу; то они притягиваются друг к другу и
прилипают. Таким образом, белок добавляется к другому белку и образует части
вируса, а эти части собираются и образуют целое.
Инженеры по белкам не будут нуждаться в наноманипуляторах и нанорычагах, чтобы
собирать сложные наномашины. Однако крошечные манипуляторы будут полезны. Точно
так же, как сегодняшние инженеры строят такие сложные машины как рояли и
манипуляторы робота из обычных моторов, подшипников и движущихся частей,
завтрашние биохимики будут способны использовать молекулы белка как двигатели,
подшипники и движущиеся детали, чтобы строить роботов, которые сами будут
способны манипулировать отдельными молекулами.
Конструирование с помощью белка
Насколько далека от нас данная способность? Некоторые шаги уже сделаны, но
остаётся ещё много работы. Биохимики уже составили карты структур многих белков.
С помощью механизмов гена, дающих возможность записывать ленты ДНК, они могут
направить клетки на строительство любого белка, они могут разработать цепи,
которые будут сворачиваться в белки нужной формы и с требуемыми функциями. Силы,
которые сворачивают белки, слабы, а число возможных способов, которыми белок
может свернуться - астрономическое, поэтому составить большие белки с самого
начала непросто.
Силы, удерживающие белки вместе, для образования сложных машин, - те же самые,
которые сворачивают цепи белков. Отличающиеся формы и виды прилипания
аминокислот - бугорчатые молекулярные "бусинки", которые формируют цепи белков,
- заставляют каждую цепь белка сворачиваться образовывая объект определённой
формы. Биохимики изучили правила, которые дают понятие о том, как цепочка
аминокислот может сворачиваться, но эти правила не очень жёсткие. Попытка
предсказать, как цепь будет сворачиваться, подобна попытке разгадать кроссворд.
Но этот кроссворд не имеет пропечатанной формы, которая позволяла бы определить,
правилен ли ответ. Это кроссворд с частями, которые могут соответствовать друг
другу многими различными способами, но все кроме одного из них - неправильные.
Неправильное начало может занять большую часть времени, а правильный ответ так и
не будет распознан. Биохимики, используя лучшие компьютерные программы,
имеющиеся на сегодняшний день, всё же не могут предсказывать, как длинный
естественный белок будет на самом деле сворачиваться, и некоторые из них уже
потеряли надежду разрабатывать молекулы белка в ближайшем будущем.
Однако большинство биохимиков работают как ученые, а не как инженеры. Они
работают над предсказанием, как будут сворачиваться естественные белки, а не над
проектированием белков, которые будут предсказуемо сворачиваться. Такие задачи
кажутся подобными, но они отличаются: первая - задача научная, вторая конструкторская. Почему естественные белки сворачиваются так, что учёные могут
это предсказать? Ведь всё, что природа требует, - это чтобы они на самом деле
сворачивались правильно, а не чтобы они сворачивались способом, очевидным для
людей.
Можно было бы разрабатывать белки с нуля, с тем, чтобы сделать их сворачивание
более предсказуемым. Карл Пабо, автор журнала «Nаture» (Природа), предложил
стратегию разработки, основанную на этом понимании, и некоторые биохимические
инженеры разработали и построили короткие цепи из нескольких десятков кусочков.
Эти цепи сворачивались и прилипали к поверхности других молекул так, как
планировалось. Они разработали с нуля белок со свойствами мелиттина - токсина
пчелиного яда. Они модифицировали существующие ферменты, изменяя их поведение
предсказуемым образом. Наше понимание белков растёт с каждым днём.
В 1959, согласно биологу Гарретту Хардину, некоторые генетики назвали генную
инженерию невозможной; сегодня это индустрия. Биохимия и автоматизированное
проектирование сейчас - бурно развивающиеся области. Как писал Фредерик Блаттнер
в журнале Science, "программы по игре в шахматы уже достигли уровня примерно
мастера международного класса. Возможно, решение проблемы свёртывания белков
ближе, чем мы думаем". Вильям Растеттер из Genentech спрашивал на страницах
"Прикладной биохимии и биотехнологии": "Как далеко от нас отстоит разработка и
синтез ферментов с нуля? Десять, пятнадцать лет?" И отвечает: "Может быть, даже
быстрее".
Форрест Картер из Военно-морской научно-исследовательской лаборатории США, Ари
Авирам и Филипп Сеиден из IBM, Кевин Улмер из корпорации Genex, а также другие
исследователи университетских и промышленных лабораторий по всему земному шару
уже начали теоретическую работу и эксперименты, ставящие целью разработку
молекулярных переключателей, устройств памяти и других структур, которые могли
бы быть встроены в компьютер, основанный на белках. Американская Военно-морская
научно-исследовательская лаборатория США провела два международных семинара по
молекулярным электронным устройствам, а заседание, спонсируемое Национальным
обществом науки США, рекомендовало поддержку фундаментальных исследований,
нацеленных на разработку молекулярных компьютеров. Япония, по сообщениям, начала
программу стоимостью много миллионов долларов, которая имеет целью разработку
самособирающихся молекулярных двигателей и компьютеров, а корпорация VLSI
Research Inc. Сана Джоуза, сообщила, что "Похоже, что погоня за биочипами3 уже
началась. NEC, Hitachi, Toshiba, Matsushita, Fujitsu, Sanyo-Denki и Sharp уже
предприняли полномасштабные исследовательские усилия по биочипам для
биокомпьютеров."
Биохимики имеют и другие причины для освоения искусства проектирования белка.
Новые ферменты обещают выполнять грязные и дорогие химические процессы более
дешево и чисто, а новые белки предложат целый спектр новых инструментов для
биотехнологов. Мы уже на пути к разработке белков, а Кевин Алмер замечает в
цитате из Science (с которой начинается эта глава), что эта дорога ведёт "к
более общей возможности для молекулярного инжиниринга, который бы позволил нам
структурировать материю атом за атомом".
Второе поколение Нанотехнологии
Несмотря на универсальность, белок имеет недостатки как технический материал.
Белковые машины перестают функционировать при высушивании, замерзают при
охлаждении и реструктурируются (свариваются) при нагревании. Мы не строим машины
из плоти, волос и желатина; за многие столетия мы научились использовать свои
руки из плоти и костей, чтобы строить машины из дерева, керамики, стали и
3
Ещё один термин для молекулярных электронных систем.
пластмассы. Аналогично мы будем поступать в будущем. Мы будем использовать
протеиновые машины, чтобы строить наномашины из более прочного вещества, чем
белки.
Как только нанотехнология двинется дальше использования белков, она будет
становиться всё более и более «обычной» с точки зрения инженера. Молекулы будут
собираться подобно компонентам набора монтажника, а хорошо связанные детали
будут оставаться на своих местах. Обычные инструменты строят обычные машины из
частей - точно так же и молекулярные инструменты будут связывать молекулы так,
чтобы образовывать крошечные двигатели, моторы, рычаги, обшивки и собирать их в
сложные машины.
Детали, содержащие несколько атомов, будут «бугристыми», но инженеры могут
работать и с бугристыми частями, если, например, они имеют гладкие
поддерживающие опоры. Некоторые связи между атомами способны служить прекрасными
опорами. Любая деталь может быть установлена посредством единственной химической
связи, которая будет позволять поворачивать её свободно и плавно. Поскольку
опора, например, может быть сделана с использованием только двух атомов,
наномашины могут на самом деле иметь механические компоненты молекулярного
размера.
Как эти усовершенствованные машины будут построены? Инженеры всегда использовали
технологию, для того чтобы улучшить технологию. Они использовали металлические
инструменты, чтобы оформлять металл в лучшие инструменты, и компьютеры, чтобы
проектировать и программировать лучшие компьютеры. Аналогично, инженеры будут
использовать белковые наномашины, чтобы строить лучшие наномашины. Ферменты
поступают также: они собирают большие молекулы, "выхватывая" маленькие молекулы
из окружающей воды, и удерживают их вместе так, что образуются связи. Ферменты
собирают этим способом ДНК, РНК, белки, жиры, гормоны и хлорофилл - на самом
деле, практически весь спектр молекул, обнаруживаемых в живых организмах.
Далее инженеры-биохимики будут строить новые ферменты, чтобы собрать структуры
атомов. Например, биохимики могли бы сделать ферментоподобную машину, которая
будет присоединять углеродистые атомы к подложке, слой на слой. Будучи правильно
связаны, атомы будут наращиваться и формировать прекрасное, гибкое алмазное
волокно, более чем в пятьдесят раз прочнее алюминия. Аэрокосмические компании
будут выстраиваться в очередь за таким волокном - для того чтобы делать детали с
улучшенными характеристиками, и это показывает лишь одну из причин, почему
конкуренция в военной сфере будет двигать молекулярную технологию вперёд, как
она двигала многие сферы в прошлом.
Но действительно значительный прогресс будет достигнут тогда, когда белковые
машины будут способны делать структуры более сложные, чем простые волокна. Такие
программируемые белковые машины будут походить на рибосомы, программируемые РНК,
или на старое поколение автоматизированных станков, программируемое
перфорированными лентами. Они откроют новый мир возможностей, позволяя инженерам
не ограничиваться белками для построения прочных компактных наномашин.
Проектируемые белки будут расщеплять и соединять молекулы, как это делают
ферменты. Существующие белки связывают множество меньших молекул, используя их
как химические инструменты; также будут поступать и заново проектируемые белки.
Далее, органические химики показали, что химические реакции могут давать
замечательные результаты, расставляя молекулы по нужным местам даже без
наномашин. Химики не имеют никакого прямого контроля над «кувыркающимися»
движениями молекул в жидкости, поэтому молекулы свободны реагировать любым
образом, в зависимости от того, как они сталкиваются. Однако химики, тем не
менее, добиваются, чтобы реагирующие молекулы образовывали правильные структуры,
такие как кубические или двенадцатигранные молекулы, и даже молекулярные кольца
с высоконапряжёнными связями. Молекулярные машины будут иметь ещё большую
неустойчивость в образовании связей, ведь они смогут использовать не только
подобные молекулярные движения для образования связей, но и выполнять более
сложные движения для образования разнообразных связей.
Действительно, поскольку химики ещё не могут направить молекулярные движения,
они редко способны собирать сложные молекулы в соответствии с определёнными
планами. Самые большие молекулы, которые они могут делать с определенными
сложными структурами, - это линейные цепи. Химики формируют эти структуры (как в
механизмах гена), добавляя молекулы по одной к последовательно растущей цепи.
Только в одном возможном участке связывания в цепи они могут быть уверены, что
добавили следующую часть в правильном месте.
Но если округленная, бугристая молекула имеет на своей поверхности, скажем,
сотню водородных атомов - как химики могут отколоть только один специфический
атом, чтобы добавить что-либо на его место? Смешивание вместе простых химикалий
не решит эту задачу, поскольку маленькие молекулы редко могут выбрать
специфические места, с которыми надо реагировать в больших молекулах. Но
протеиновые машины будут более избирательны.
Гибкая, программируемая белковая машина схватит большую молекулу, в то время как
маленькая молекула будет установлена именно напротив правильного места. Подобно
ферменту, она затем свяжет молекулы вместе. Привязывая молекулу за молекулой к
собираемому куску, машина будет собирать всё большую и большую структуру, в то
время как будет сохраняться полный контроль над тем, каким образом его атомы
упорядочены. Это есть ключевое умение, которым не обладают химики.
Подобно рибосомам, подобные наномашины могут работать под управлением
молекулярных лент. В отличие от рибосом, они будут иметь дело с широким
разнообразием маленьких молекул (не только аминокислот) и присоединять их к
собираемому объекту не только в конце цепи, но и в любом требующемся месте.
Белковые машины, таким образом, объединят расщепляющие и склеивающие способности
ферментов с возможностью программирования рибосом. Но в то время как рибосомы
могут строить только неплотные складки белка, эти белковые машины будут строить
маленькие, твердые объекты из металла, керамики или алмаза - невидимо маленькие,
но прочные.
Поскольку наши пальцы из плоти подвержены ушибам или ожогам, мы обращаемся к
стальным клещам. Там, где белковые машины, вероятно, могут быть разрушены или
распадутся, мы обратимся к наномашинам, сделанным из более жесткого материала.
Универсальные ассемблеры
Это будет второе поколение наномашин, построенных не просто из белков: они будут
делать все, что могут делать белки, и не только. В частности, некоторые будут
служить как усовершенствованные устройства для сборки молекулярных структур.
Устойчивые к кислоте или вакууму, замораживанию или нагреву, в зависимости от
цели использования, ферментоподобные машины второго поколения будут способны
использовать в качестве "инструментов" почти любую из молекул, используемых
химиками в реакциях, но они будут с ними обращаться с точностью программируемых
машин. Они будут способны связать атомы для получения практически любой
устойчивой структуры, добавляя понемногу за раз к поверхности рабочего куска до
тех пор, пока сложная структура не будет завершена. Думайте о наномашинах как об
ассемблерах.
Поскольку ассемблеры позволят нам размещать атомы почти любым разумным образом4,
они позволят нам строить практически всё, чему законы природы позволяют
существовать. В частности, они позволят нам строить практически всё, что мы
можем разработать, включая новые ассемблеры. Последствия этого будут
фундаментальными, потому что сейчас наши грубые инструменты позволяют нам
исследовать только малую часть всего спектра возможностей, которые позволяет
природа. Ассемблеры откроют нам мир новых технологий.
Успехи в медицинских, космических, вычислительных, военных технологиях - все они
зависят от нашей способности упорядочивать атомы. С ассемблерами мы будем
4
Каким образом - это обсуждается в Примечаниях
способны повторно переделать наш мир или уничтожить его. На этом этапе кажется
разумным отступить назад, посмотреть внимательно и убедиться, что ассемблеры и
нанотехнология - не просто футурологический мираж.
Какие будут выводы?
Во всем вышесказанном я в большой мере основывался на доказанных фактах химии и
молекулярной биологии. Однако люди регулярно поднимают некоторые вопросы,
уходящие корнями в физику и биологию. Такие вопросы заслуживают более прямых
ответов.
Не сделает ли принцип неопределённости квантовой физики молекулярные машины
неосуществимыми?
Кроме всего прочего этот принцип говорит о том, что невозможно определить точное
местоположение частицы в течение любого отрезка времени. Это ограничивает то,
что могут делать молекулярные машины. Тем не менее, вычисления показывают, что
принцип неопределённости накладывает мало существенных ограничений на то,
насколько хорошо атомы можно размещать на свои места, по крайней мере, для тех
целей, которые обрисовываны здесь. Принцип неопределённости делает
местоположение электронов довольно расплывчатым, и в действительности эта
расплывчатость определяет сам размер и структуру атомов. Атом как целое, однако,
имеет сравнительно определённое местоположение, установленное своему
относительно массивному ядру. Если бы атомы не сохраняли своё положение
сравнительно хорошо, молекулы бы не существовали. Квантовой механики не
требуется, чтобы доказать эти заключения, поскольку молекулярные машины в клетке
демонстрируют то, что молекулярные машины работают.
Не сделают ли тепловые вибрации молекул молекулярные машины неработоспособными
или слишком ненадёжными, для того чтобы их использовать?
Тепловые колебания причинят большие проблемы, чем принцип неуверенности, однако
здесь снова существующие молекулярные машины непосредственно демонстрируют, что
молекулярные машины могут работать при обычных температурах. Несмотря на
тепловые колебания, механизмы копирования ДНК в некоторых клетках делают меньше
чем одну ошибку на 100 000 000 000 операций. Для того чтобы достичь подобной
точности, клетки используют машины (такие как фермент ДНК-полимераза I), которые
проверяют копию и исправляют ошибки. Для ассемблеров вполне может быть
необходимы аналогичные способности проверки и исправления ошибок, если они
предназначены выдавать надёжные результаты.
Не будет ли радиация разрушать молекулярные машины или делать их непригодными
для использования?
Радиация высокой энергии может нарушать химические связи и разрушать
молекулярные машины. Живые клетки ещё раз показывают, что решения существуют:
они работают в течение многих лет, восстанавливая и заменяя поврежденные
радиацией части. Однако каждая отдельная машина такая крошечная, что
представляет собой маленькую мишень для радиактивного излучения, и радиация
редко в неё попадает. Всё же, надёжная система наномашин должна выдерживать
определённое количество повреждений, а повреждённые части должны регулярно
чиниться или заменяться. Этот подход к надёжности хорошо знаком разработчикам
самолётов и космических кораблей.
Эволюция не сумела произвести ассемблеры, не говорит ли это о том, что они
являются либо невозможными, либо бесполезными?
Отвечая на предыдущие вопросы, мы отчасти ссылались на уже работающие
молекулярные машины клеток. Они представляют собой простое и мощное
доказательство того, что законы природы позволяют маленьким группам атомов вести
себя как управляемые машины, способные строить другие наномашины. Однако вопреки
тому, что они в основе напоминают рибосомы, ассемблеры будут отличаться от
всего, что находится в клетках и то, что они делают, будет иметь новые
результаты. Например, ни одна клетка не производит алмазного волокна.
Мысль, что новые виды наномашин дадут новые полезные способности, может казаться
потрясающей: за все миллиарды лет развития жизнь в основе всегда полагалась
только на белковые машины. Но говорит ли это о том, что усовершенствования были
невозможны? Эволюция идёт небольшими изменениями, и эволюция ДНК не может легко
заменить ДНК. Поскольку система ДНК-РНК-рибосома специализирована для построения
белков, жизнь не имела никакой реальной возможности развить альтернативный
вариант. Любой производственный менеджер хорошо может оценить причины этого;
жизнь - больше чем фабрика, она не может себе позволить прекратить деятельность,
чтобы заменить свои системы на новые.
Улучшенные молекулярные машины должны нас удивлять не больше, чем сплав стали,
который в десять раз прочнее кости, или медные провода, передающие сигналы в
миллион раз быстрее нервов. Автомобили обгоняют гепардов, реактивные самолеты
летают быстрее соколов, и компьютеры уже считают быстрее самых талантливых из
людей. Будущее даст новые примеры улучшений в биологической эволюции, из которых
второе поколение наномашин будет лишь началом.
В физических терминах, достаточно ясно, почему усовершенствованные ассемблеры
будут способны делать больше, чем существующие белковые машины. Они будут
программироваться подобно рибосомам, но они будут способны использовать более
широкий диапазон инструментов, чем все ферменты в клетке вместе взятые.
Поскольку они будут сделаны из материалов, намного более прочных, твёрдых и
устойчивых, чем белки, они будут способны развивать большие мощности, двигаться
с большей точностью и выносить более суровые условия. Подобно промышленным
манипуляторам, но в отличие от чего-либо в живой клетке, они будут способны
вращаться и двигать молекулы в трёх измерениях под программным управлением,
делая возможным точную сборку сложных объектов. Такие преимущества будут давать
им возможность собирать намного более широкий спектр молекулярных структур, чем
это делали живые клетки.
Не имеет ли жизнь в себе нечто особое сверхъестественное, без чего молекулярные
машины не будут работать?
Можно было бы сомневаться, что искусственные наномашины могли бы приблизиться к
способностям наномашин в клетке, если бы была причина думать, что в клетках есть
нечто сверхъестественное, что заставляет их работать. Эта называется "витализм".
Биологи отказались от него, потому что они нашли химические и физические
объяснения для каждого уже изученного аспекта живой клетки, включая движение,
рост и воспроизводство. Действительно, это знание является самой основой
биотехнологии.
Наномашины, плавающие в стерильных испытательных пробирках вне клеток, заставили
выполнять все основные виды действий, которые они выполняют внутри живых клеток.
Начиная с химических веществ, которые могут быть получены из дыма, биохимики
построили работающие белковые машины без помощи клеток. Р.Б. Меррифилд,
например, использовал химические приёмы для сборки простых аминокислот в
рибонуклеазу поджелудочной железы бычка, комплекс ферментов, который разбирает
на части молекулы РНК. Жизнь специфична по структуре, по поведению, а также по
тому, что она чувствует изнутри по поводу того, что она жива. Но законы природы,
которые управляют механизмами жизни, также управляют и всей остальной вселенной.
Доказательства реализуемости ассемблеров и других наномашин могут казаться
обоснованным, но почему бы просто не подождать и не посмотреть, действительно ли
они могут быть разработаны?
Чистое любопытство кажется достаточной причиной, чтобы исследовать возможности,
открытые нанотехнологией, но есть и более сильные причины. Такие достижения
охватят мир в пределах от десяти до пятидесяти лет, то есть в пределах сроков
жизни наших собственных или членов наших семей. Что более существенно,
заключения следующей главы подсказывают, что политика "подождём-посмотрим" была
бы слишком дорогой: она бы стоила миллионов жизней, и, возможно, жизни на Земле.
Является ли доказательство реализуемости нанотехнологии и ассемблеров достаточно
обоснованным, чтобы быть принятым серьезно? По-видимому, это так, поскольку суть
доказательства опирается на два известных факта науки и конструирования: (1)
существующие молекулярные машины выполняют целый ряд простых функций, (2) части,
обеспечивающие эти простые функции, могут быть скомбинированы так, чтобы строить
сложные машины. Поскольку химические реакции могут связывать атомы различным
образом и поскольку молекулярные машины могут направлять химические реакции в
соответствии с программными инструкциями, ассемблеры определённо реализуемы.
Нанокомпьютеры
Ассемблеры принесут одно крупное достижение очевидной и фундаментальной
важности: инженеры будут их использовать, для сокращения размера и стоимости
микросхем компьютера и ускорить их функционирование на много порядков.
С сегодняшней балк-технологией инженеры делают схемы на кремниевых чипах,
«обстреливая» их атомами и фотонами, но схемы остаются плоскими, и поэтому
неизбежны дефекты молекулярного масштаба. С ассемблерами, однако, инженеры будут
строить схемы в трёх измерениях, с точностью до атома. Точные ограничения
электронной технологии сегодня остаются неопределёнными, поскольку квантовое
поведение электронов в сложных сетях крошечных структур представляет собой
сложный процесс со многими проблемами, некоторые из них проистекают напрямую из
принципа неопределённости. Но какими бы ни были эти фундаментальные границы
применимости, они могут быть достигнуты с помощью ассемблеров.
Самые быстрые компьютеры будут использовать электронные эффекты, но самые
маленькие могут обойтись и без них. Это может казаться странным, однако сущность
вычисления не имеет никакого отношения к электронике. Цифровой компьютер собрание выключателей, способных включать и выключать друг друга. Его
переключатели начинают в одном положении (возможно, представляющем собой 2+2),
далее переключают друг друга в новое положение (представляющем собой 4) и т.д.
Подобные схемы могут отображать практически всё что угодно. Инженеры строят
компьютеры из крошечных электронных переключателей, связанных проводами, просто
потому, что механические переключатели, связанные палочками или ниточками, были
бы сегодня большими, медленными, ненадёжными и дорогими.
Идея относительно полностью механического компьютера вряд ли нова. В Англии в
середине 1800-х Чарльз Бэббидж изобрел механический компьютер, построенный из
медных механических частей; его сотрудница Августа Ада изобрела программирование
компьютера. Бесконечное перепроектирование машины, проблемы с правильным
изготовлением, противодействие критиков, контролирующих бюджет (некоторые
сомневались в самой полезности компьютеров!), объединились, чтобы
воспрепятствовать завершению проекта.
Дэнни Хиллис и Брайен Сильверман лаборатории Искусственного интеллекта
Массачусетского Технологического института построили специализированный
механический компьютер, умеющий играть в крестики-нолики. Длиной и шириной в
несколько метров, полный вращающихся валов и подвижных рамок, который
представляли состояние доски и стратегию игры, он сейчас стоит в Музее
компьютеров в Бостоне. Он выглядит во многом подобно большой молекулярной модели
из шариков и палочек, поскольку он построен из конструктора «Тинкертой».
Медные механизмы и конструктор «Тинкертой» способствуют появлению больших,
медленных компьютеров. Однако с компонентами шириной в несколько атомов, простой
механический компьютер поместился бы в 1/100 кубического микрона, т.е. оказался
бы во много миллиардов раз более компактным, чем сегодняшняя так называемая
микроэлектроника. Даже с миллиардом байт памяти наномеханический компьютер мог
бы поместиться в коробочку шириной один микрон, т.е. размером с бактерию. И был
бы быстрым! Хотя механические сигналы движутся примерно в 100 000 раз медленнее,
чем электрические сигналы в сегодняшних машинах, им бы требовалось проходить
лишь 1/1 000 000 расстояния, поэтому задержка оказалась бы меньше. Поэтому
простой механический компьютер будет работать быстрее, чем электронные
компьютеры сегодня.
Электронные нанокомпьютеры, вероятно, будут в тысячи раз быстрее, чем
электронные микрокомпьютеры, возможно, в сотни тысяч раз быстрее, если схема,
предложенная Нобелевским лауреатом, физиком Ричардом Фейнманом, себя оправдает.
Увеличенная скорость путём уменьшения размера - это старая идея в электронике.
Дизассемблеры
Молекулярные компьютеры будут управлять молекулярными ассемблерами, обеспечивая
быстрый поток инструкций, необходимых, чтобы направить размещение крупных
совокупностей атомов. Нанокомпьютеры с молекулярными устройствами памяти будут
хранить данные, произведенные процессом, который является противоположным
сборке.
Ассемблеры помогут инженерам синтезировать вещи; их родственники, дизассемблеры,
помогут ученым и инженерам анализировать вещи. Что касается ассемблеров, они
опираются на способность ферментов и химических реакций формировать связи и
способность машин управлять процессом. Дизассемблеры же опираются на способность
ферментов и химических реакций разрушать связи, и машин - управлять процессом.
Ферменты, кислоты, окислители, металлы, щелочи, ионы и реагирующие группы
атомов, называемые свободными радикалами, - все они могут разрушать связи и
удалять группы атомов. Поскольку нет ничего, что было бы абсолютно
невосприимчивым к коррозии, по-видимому, молекулярные инструменты будут способны
что-либо разбирать, по нескольким атомам за раз. Что более существенно,
наномашина могла бы (в случае необходимости и подходящего случая) также
применять и механические силы, освобождая группы атомов.
Наномашина, способная это делать, запоминая, что она удаляет слой за слоем, это дизассемблер. Ассемблеры, дизассемблеры и нанокомпьютеры будут работать
вместе. Например, нанокомпьютерная система будет способна направить разборку
объекта, записать его структуру, и потом управлять сборкой идеальной копии. И
всё это ещё только некоторые намёки на реальную мощь нанотехнологии.
Обновлённый мир
Пройдут годы, пока появятся ассемблеры, но их появление кажется почти
неизбежным: хотя путь к ассемблерам имеет много шагов, каждый шаг сделает
следующий досягаемым, и каждый принесет непосредственный выигрыш. Первые шаги
под названием "генная инженерия" и "биотехнология" уже предприняты. Возможны и
другие пути к получению ассемблеров. Исключая разрушение мира или мировое
господство, гонка технологий будет продолжаться, независимо от того, хотим мы
этого или нет. И по мере того как успехи в проектировании с помощью ЭВМ будут
ускорять развитие молекулярных инструментов, продвижение к ассемблерам будет
ускоряться.
Для того чтобы иметь хоть какую-то надежду понять наше будущее, мы должны понять
последствия появления ассемблеров, дизассемблеров и нанокомпьютеров. Они обещают
повлечь изменения в нашей жизни столь же фундаментальные, как индустриальная
революция, антибиотики и ядерные оружие, соединённые в один огромный прорыв. Для
того чтобы понять будущее таких фундаментальных изменений, имеет смысл поискать
принципы изменений вообще – и эволюционных изменений, которые пережила жизнь, и
изменений технологии, которые пережили величайшие открытия прошлого. Они
окажутся для нас полезным руководством.
Глава 2. ПРИНЦИПЫ ЭВОЛЮЦИИ
Вы можете представить себе процесс проектирования как, во-первых, генерирование
альтернатив, а затем испытание этих альтернатив против целого ряда требований и
ограничений.
ГЕРБЕРТ А. САЙМОН
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АССЕМБЛЕРЫ сделают такую революцию, какой не было со времён
появления рибосом - примитивных ассемблеров в клетке. Получающаяся в результате
нанотехнология может помочь распространению жизни вне Земли - шаг, не имеющий
аналогов, начиная с распространения жизни вне морей. Это может помочь машинам
обрести разум - шаг, не имеющий параллелей, с тех пор как разум появился в
приматах. И это может позволять нашим умам обновлять и переделывать наши тела шаг, вообще не имеющий аналогов.
Эти революции принесут опасности и возможности, слишком обширные, чтобы их могло
вместить человеческое воображение. всё же принципы эволюционного изменения,
которые выполнялись для молекул, клеток, животных, разума и машин, должны
продолжать деятельность даже в век биотехнологии, наномашин и искусственного
разума. Те же самые принципы, которые приложимы в море, на земле и в воздухе,
должны сохраняться, когда мы будем распространять жизнь Земли к звездам.
Понимание сохраняющихся принципов изменения поможет нам понять потенциал
хорошего и плохого в новых технологиях.
Порядок из хаоса
Порядок может появляться из хаоса без чьих-либо распоряжений: хорошо
организованные кристаллы конденсировались из бесформенного межзвездного газа
намного раньше Солнца, Земли или появления жизни. Из хаоса также появляется
кристаллический порядок и в более знакомых обстоятельствах. Вообразите молекулу,
возможно - правильную по форме, а возможно - неравномерную и узловатую, как
корень имбиря. Теперь вообразите большое число таких молекул, перемещающихся
беспорядочно в жидкости, переворачиваясь и толкаясь, как алкоголики, в
невесомости и темноте. Вообразите испаряющуюся и охлаждающуюся жидкость, что
заставляет молекулы быть ближе друг к другу, замедляя их движение. Будут ли эти
беспорядочно перемещающиеся молекулы странной формы просто собираться в
беспорядочных "кучах"? В общем случае - нет. Обычно они будут устанавливаться в
кристаллическую структуру, каждый аккуратно устраиваясь напротив своих соседей,
формируя строки и столбцы, такие же совершенные, как шахматная доска, хотя часто
и более сложные.
Этот процесс не включает ни волшебства, ни каких-то специальных свойств молекул
и квантово-механических сил. Не требуется даже специальных соответствующих друг
другу форм, которые позволяют молекулам белка самостоятельно собираться в
машины. Если положить мраморные шарики одинакового размера на поднос и
встряхнуть, они тоже образуют правильные рисунки.
Кристаллы растут путём проб и удаления ошибок, путём варьирования и селекции.
Никакие крошечные руки их не собирают. Кристалл может начинаться с молекул,
собирающихся в группу: молекулы блуждают, сталкиваются и собираются в группы
случайным образом, но группа держится вместе лучше всего, когда она упакована в
правильную кристаллическую структуру. Далее в первоначальный маленький кристалл
ударяются другие молекулы. Некоторые тыкаются в неправильные места или с
неправильной ориентацией; они плохо прилипают и от колебаний вновь отваливаются.
Другие случайно попадают нужным образом; они лучше прилипают и чаще остаются.
Слой строится на слое, расширяя кристаллическую структуру. Хотя молекулы
сталкиваются случайным образом, они не прилипают случайно. Порядок растёт из
хаоса путём варьирования и селекции.
Эволюционирующие молекулы
В росте кристаллов каждый слой образует шаблон для следующего. Однородные слои
накапливаются и формируют твердый блок.
В клетках нити ДНК или РНК также могут служить в качестве шаблонов при помощи
ферментов, которые действуют как молекулярные копировальные машины. Но элементы,
из которых строятся нити нуклеиновых кислот, могут быть устроены во многих
различных последовательностях, и нить шаблона может отделиться от копии. И нить,
и её копия могут далее снова быть скопированы. Биохимик Сол Спиджельман
использовал копировальные машины (белки из вируса) для экспериментов в
испытательной пробирке. Даже безжизненная среда дуплицирует молекулы РНК.
Представьте себе нить РНК, плавающую в испытательной пробирке вместе с
копировальными машинами и элементами РНК. Нить кувыркается и изгибается, пока не
наталкивается на копировальную машину в правильном положении, чтобы слипнуться.
Элементы толкутся вокруг, пока один нужного вида не встретит копировальную
машину в правильном положении, которая соответствует нити шаблона. Как только
соответствующие элементы ухитряются попасть в нужное положение, машина
захватывает их и привязывает их к растущей копии; хотя элементы сталкиваются
случайным образом, машина связывает выборочно. В конце концов, машина, шаблон и
копия разъединяются.
В терминологии зоолога Ричарда Давкинса из Оксфорда, объекты, которые делают
копии себя, называются репликаторами. В этой окружающей среде молекулы РНК
подходят под определение: единственная молекула скоро превращается в две, потом
четыре, восемь, шестнадцать, тридцать две, и так далее, умножаясь
экспоненциально. Далее скорость репликации снижается: постоянный запас белковых
машин может производить копии только со скоростью РНК, независимо от того,
сколько молекул шаблона соперничают друг с другом для их услуг. Ещё позже сырья
для создания РНК-молекулы становится недостаточно, и репликация задерживается
вплоть до остановки. Быстро растущее число молекул достигает предела роста и
останавливает репродуцирование.
Копировальные машины, однако, часто копируют неправильно нить РНК, вставляя,
удаляя или неправильно сопоставляя элемент нити. Получающаяся в результате нить
с мутациями тогда отличается по последовательности элементов или по длине.
Подобные изменения довольно случайны, и изменения накапливаются по мере того как
скопированные с ошибкой молекулы снова копируются с ошибкой. По мере того как
молекулы размножаются, они начинают отличаться от своих предшественников и друг
от друга. Это может выглядеть как рецепт, приводящий к хаосу.
Биохимики нашли, что различающиеся молекулы РНК копируются с разными скоростями,
в зависимости от их длин и структуры элементов. Потомки более быстрых
репликаторов, естественно, становятся более распространёнными. Действительно,
если один вид копируется только на 10 процентов быстрее, чем его собратья, то
после одной сотни поколений каждый из более быстрого вида даст в 1000 раз
большее число потомков. Малые различия в экспоненциальном росте накапливаются
экспоненциально.
Когда в испытательной пробирке заканчиваются элементы, экспериментатор может
взять пробу его РНК и "заразить" новую пробирку. Процесс начинается снова, и
молекулы, которые доминировали в первом раунде соревнования, начинают с
некоторой форой. Появляются маленькие изменения, по прошествии времени вырастая
в большие. Некоторые молекулы размножаются быстрее, и их вид доминирует в смеси.
Когда ресурсы исчерпываются, экспериментатор может взять пробу РНК и начать
процесс снова (и снова, и снова), сохраняя условия стабильными.
Этот эксперимент показывает естественный процесс: независимо от того, с какой
последовательности РНК начинает экспериментатор, кажущийся хаос случайных ошибок
и копирование с систематическими ошибками выдвигает вперёд один вид молекул РНК
(плюс-минус некоторые ошибки копирования). Его типичная версия имеет известную,
четкую последовательность 220 элементов. Это лучший РНК-репликатор в этой среде,
так что он «перенаселяет» другие и остаётся.
Копирование, растянутое во времени, копирование с ошибками и конкуренция всегда
дают те же самые результаты, независимо от длины или структуры молекулы РНК, с
которой начинается процесс. Хотя никто не мог бы предсказать, какая структура
выиграет, каждый может видеть, что изменение и конкуренция будут иметь тенденцию
выдвигать единственного победителя. В такой простой системе могло бы произойти
кое-что ещё. Если эти репликаторы сильно воздействуют друг на друга (возможно,
путём выборочных атак или помощи друг другу), то результаты могли бы напоминать
более сложную экологию. Но и в том и в другом случае, они конкурируют за
ресурсы.
Варьирование деталей в этом примере показывает нам кое-что еще: молекулы РНК
приспосабливаются по-разному к различным окружающим средам. Молекулярная машина,
называемая рибонуклеазой, захватывает молекулы РНК, имеющие определённые
последовательности элементов, находящихся на поверхности, и режет их пополам. Но
молекулы РНК, подобно белкам, сворачиваются в структуры в зависимости от их
последовательности, и путём сворачивания нужным образом они могут защищать свои
уязвимые места. Экспериментаторы находят, что молекулы РНК развивают в процессе
эволюции способность жертвовать быстрым размножением в пользу лучшей защиты,
когда вокруг находится рибонуклеаза: опять-таки, конкуренция способствует
возникновению лучшего.
Заметьте, что в это описание вкрались термины из биологии: так как молекулы
копируются, слово "поколение" выглядит правильным; молекулы, "происходящие" от
общего "предка", - "родственники", а слова "рост", "размножение", "мутация" и
"конкуренция" также выглядят подходящими. Почему так? Потому что эти молекулы
копируют себя с небольшими изменениями, так же как это делают гены живых
организмов. Когда различные репликаторы имеют различный успех, наиболее успешные
имеют тенденцию накапливаться. Этот процесс, где бы он ни происходил, и есть
"эволюция".
В этом примере испытательной пробирки мы можем наблюдать эволюцию, «раздетую» до
своих наиболее важных сущностных моментов и освобождённую от противоречий,
окружающих эволюцию жизни. Репликаторы РНК и белковые копировальные машины - это
хорошо определённые наборы атомов, подчиняющихся хорошо понимаемым принципам и
эволюционирующих в воспроизводимых лабораторных условиях. Биохимики могут делать
РНК и белки из химических веществ, взятых "с полки", без помощи жизни.
Биохимики заимствуют эти копировальные машины от какого-либо вида вируса,
который инфицирует бактерии и использует РНК как генетический материал. Такие
вирусы выживают в бактерии, получая свои копии путём использования её ресурсов,
и затем выходят наружу, чтобы инфицировать новые бактерии. Копирование вирусной
РНК с ошибками производит вирусы с мутациями, и вирусы, которые копируют себя
более успешно, становятся более распространёнными; это эволюция естественным
отбором, очевидно, названная "естественной", потому что она включает части
природы, не относящиеся к человеку. Но в отличие от РНК из испытательной
пробирки, вирусные РНК должны уметь нечто большее, чем просто копировать себя
как молекулы. Успешные вирусные РНК должны также направлять бактериальные
рибосомы для построения белковых устройств, которые, во-первых, позволяют им
выбираться из старых бактерий, потом выживать снаружи, и в конце концов
проникать в новые бактерии. Эта дополнительная информация делает молекулы
вирусных РНК длиной около 4500 элементов.
Для того чтобы копироваться успешно, ДНК больших организмов должны делать даже
больше, направляя строительство десятков тысяч различных белковых машин и
развитие сложных тканей и органов. Это требует тысяч генов, закодированных в
миллионах или даже миллиардах элементов ДНК. Тем не менее, принципиально процесс
эволюции путём вариации и селекции сохраняется тем же самым и в испытательной
пробирке, и в вирусах, и во многих других случаях.
Объяснение порядка
Имеется по крайней мере три способа объяснить структуру населения молекулярных
репликаторов, появившуюся в ходе эволюции, будь то РНК испытательной пробирки,
вирусные гены или человеческие гены. Первый вид объяснения - методичное
прослеживание их историй: насколько специфические мутации происходили и как они
распространялись. Это невозможно без записи всех молекулярных событий, а
подобные записи каждого события были ли бы чрезвычайно утомительными.
Второй вид объяснения обращается к слову, отчасти вводящему в заблуждение: цель.
В сущности, молекулы просто случайно изменяются и выборочно копируются. Однако,
если отойти несколько в сторону от процесса, можно было бы описывать результат,
представляя, что выживающие молекулы изменялись, чтобы "достичь цели"
репликации. Почему молекулы РНК, которые эволюционируют под угрозой со стороны
рибонуклеазы, сворачиваются так, как они это делают? Конечно, в результате
длительной истории со множеством деталей, но идея, что "они хотят избежать атак
и выжить, чтобы размножаться", предсказала бы тот же результат. Язык цели даёт
полезное сокращение (кстати, попробуйте без него обсуждать действия человека!),
но появление цели не обязательно является результатом функционирования ума.
Пример РНК вполне хорошо это показывает.
Третий (и часто лучший) вид объяснения - в терминах эволюции. Он говорит, что
порядок появляется путём вариации и селекции репликаторов. Молекула
сворачивается определённым образом, потому что это походит на предков, которые
размножались более успешно и оставили потомков, включая себя. Как отметил Ричард
Давкин, язык цели (если пользоваться им аккуратно) может быть переведён на язык
эволюции.
Эволюция приписывает достижение успеха устранению неудачных изменений. Она,
таким образом, объясняет положительное как результат двойного отрицания объяснение, смысл которого кажется слегка трудным, чтобы ухватить. Что хуже, она
объясняет что-то видимое (успешные, нужные объекты) в терминах чего-то
невидимого (неудачные объекты, которые исчезают). Поскольку только успешные
животные производят потомство, кости которого остаются на местности, после
неудачно сформированных образчиков прошлого не осталось даже достаточного
количества останков.
Человеческой разум имеет тенденцию сосредотачиваться на видимом, ища
положительные причины для положительных результатов. Однако после некоторых
размышлений мы видим, что этот большой принцип изменил наше прошлое и будет
формировать наше будущее: эволюция происходит через вариацию и селекцию
репликаторов.
Эволюционирующие организмы
История жизни - история гонки вооружений на базе молекулярных машин. Сегодня, в
то время как эта гонка подходит к новой и более быстрой стадии, мы должны
убедиться, что мы понимаем только, насколько фундаментальные корни имеет
эволюция. Сейчас, когда идеей биологической эволюции часто пренебрегают в
школах, и она иногда подвергается нападкам, мы должны помнить, что
доказательства её прочны как скала и распространены, как клетки.
Сама Земля в каменных страницах сделала запись истории жизни. На дне озер и
морей, в раковинах, костях, слой за слоем, откладывался ил. Иногда движущийся
поток или смещение пластов вымывали слои; в ином случае они просто становились
глубже. Ранние слои сохранялись глубоко, раздавленные, спёкшиеся, пропитанные
минеральными водами и, наконец превратились в камень.
В течение столетий геологи изучили камни, чтобы читать прошлое Земли. Уже давно
они нашли морские раковины высоко в разрушившейся и рухнувшей скале горных
цепей. К 1785 году, за семьдесят четыре года до ненавистной книги Дарвина,
Джеймс Хуттон заключил, что грязь с морского дна была спрессована в камень и
была поднята к небесам силами, пока ещё не понятными. Что ещё могли думать
геологи, если сама природа врала?
Они видели, что окаменевшие кости и раковины отличались в одном слое от другого.
Они видели, что раковины в слоях здесь соответствовали раковинам в слоях там,
хотя слои могли находиться глубоко под землёй, находящейся между ними. Они
назвали слои (A, B, C, D. .., или осагьяновский, мерамесьяновский, нижний
честерианский, верхний честерианский и т.д.) и использовали характерные
отложения, чтобы отслеживать слои в скалах. Перемешивание земной коры нигде не
оставило полной последовательности слоёв, какой она была, но геологи находили A,
B, C, D, E в одном месте, C, D, E, F, G, H, I, J в другом и J, K, L где-то ещё и
могли видеть, что A предшествовал L. Геологи, занимающиеся нефтяными
месторождениями (даже те, кому нет дела до эволюции и её последствий), всё же
используют отложения для определения геологического возраста пород и чтобы
отслеживать слои, переходящие из одного места бурения в другое.
Ученые пришли к очевидному заключению. Так же как морские виды сегодня живут на
широких площадях, жили и виды в прошлом. Так же как сегодня откладывается слой
на слой, так же происходило и тогда. Подобные раковины в подобных слоях отмечают
отложения, произошедшие в ту же самую эпоху. Раковины изменяются от слоя к слою,
потому что виды изменялись от эпохи к эпохе. Это то, что геологи нашли
записанным в раковинах и костях на каменных страницах.
Верхние слои скалы содержат кости недавних животных, более глубокие слои
содержат кости и исчезнувших животных. ещё более ранние слои не показывают
никаких следов любых современных видов. Ниже костей млекопитающих лежат кости
динозавра; в более старых слоях находятся кости земноводных, далее идут раковины
и кости рыб, ещё далее - вообще нет ни костей, ни раковин. Самые старые породы,
несущие останки, содержат микроскопические следы отдельных клеток.
Радиоактивное датирование показывает, что этим самым старым следам несколько
миллиардов лет. Клетки, более сложные, чем бактерии, датируются временем,
несколько большим, чем один миллиард лет назад. История червей, рыб, амфибий,
рептилий и млекопитающих охватывает сотни миллионов лет. Кости, подобные костям
человека датируются несколькими миллионами лет. Остатки цивилизаций датируются
несколькими тысячами.
За три миллиарда лет жизнь развивалась от отдельных клеток, способных впитывать
химические вещества, к совокупностям клеток, реализующим разум, способный
впитывать идеи. В пределах этого столетия технология развилась от парового
локомотива и электрического света до космического корабля и электронновычислительной машины, и компьютеры уже учат читать и писать. С разумом и
технологией, скорость развития сделала скачок в миллионы раз или больше.
Другой путь назад
Каменная книга делает запись форм давно умерших организмов, однако живые клетки
также несут записи, генетические тексты, которые только теперь могут быть
прочитаны. Так же как с геологией, наиболее важные идеи относительно эволюции
были известны прежде, чем Дарвин взял в руки перо.
В освещенных лампой храмах и монастырях поколения писцов переписывали рукописи
вновь и вновь. Иногда они делали ошибки в словах и предложениях - случайно ли,
нарочно ли, или по приказу местного правителя, и по мере того как копируемые
рукописи копировались, с помощью человеческих копировальных машин, ошибки
накапливались. Наихудшие из ошибок могли быть найдены и удалены, и знаменитые
отрывки могли продолжать существование в неизменном виде, но различия
накапливались.
Древние книги редко существуют в своих первоначальных версиях. Самые старые
копии часто на столетия младше потерянных оригиналов. Тем не менее, из различных
копий с отличающимися ошибками ученые могут восстанавливать версии, более
близкие к оригиналу.
Они сравнивают тексты. Они могут прослеживать нисходящие линии от общих предков,
потому что уникальные рисунки ошибок выдают копирование из общего источника.
(Школьные учителя это знают: идентичные правильные ответы на контрольном
сочинении ни о чём не говорят, но горе студентам, сидящим рядом, кто сдал работы
с одинаковыми ошибками!) Там, где все выжившие копии совпадают, учёные
предполагают, что оригинал (или, по крайней мере, последний общий предшественник
выживших копий) содержал те же самые слова. Там, где выжившие копии различаются,
учёные изучают копии, которые происходили отдельно от отдалённого предка, потому
что зоны совпадения тогда будут говорить об общем источнике.
Гены походят на рукописи, написанные в четырёхбуквенном алфавите. Во многом так
же, как сообщение может принимать много форм на обычном языке (не трудно
выразить идею с использованием совершенно различных слов), так же различные
генетические слова могут направить строительство идентичных белковых молекул.
Более того, белковые молекулы с различными особенностями устройства могут
выполнять одинаковые функции. Совокупности генов в клетке подобны целой книге, а
гены - подобны старым рукописям, они копировались снова и снова неаккуратными
переписчиками.
Подобно ученым, изучающим древние тексты, биологи вообще работают с современными
копиями своего материала (увы, нет биологических свитков Мертвого моря ранних
дней жизни). Они сравнивают организмы с похожей внешностью (львы и тигры, лошади
и зебры, крысы и мыши) и находят, что они дают подобные ответы на вопросы
контрольного сочинения в своих генах и белках. Чем больше два организма
различаются (львы и ящерицы, люди и подсолнухи), тем более различаются решения и
ответы, даже у молекулярных машин, выполняющих одинаковые функции. Продолжая в
этом же духе, одинаковые животные делают те же самые ошибки, например, все
приматы обделены ферментами для производства витамина С, это упущение, которое
разделяется всего лишь двумя другими видами - гвинейской свиньёй и фруктовой
летучей мышью. Это намёк на то, что мы, приматы, скопировали наши генетические
ответы с общего источника много времени назад.
Тот же самый принцип, который показывает линии происхождения древних текстов (а
это помогает исправить ошибки их копирования), таким образом, также показывает
линии происхождения современной жизни. Действительно, это указывает на то, что
вся известная жизнь происходит от общего предка.
Выращивание репликаторов
Первые репликаторы на Земле развили способности, превышающие способности молекул
РНК, копирующиеся в испытательных пробирках. К моменту, когда они достигли
бактериальной стадии, они развили "современную" систему использования ДНК, РНК и
рибосом для построения белка. Далее мутации изменили не только саму копирующуюся
ДНК, но и белковые машины, а также живые структуры, которые они строят и которым
придают форму.
Команды генов формировали более сложные клетки, чем когда-либо, а затем
направляли кооперацию клеток, что сформировало сложные организмы. Вариация и
селекция благоприятствовали командам генов, которые формировали животных с
хорошо защищающей кожей и голодными ртами, оживляемых нервами и мускулами,
ведомых глазами и мозгом. Как это выразил Ричард Давкинс, гены строили всё более
сложные машины выживания, чтобы помочь своему собственному копированию.
Когда гены собаки копируются, они часто перемешиваются с генами других собак,
которые были отобраны людьми, которые затем отбирают, каких щенков держать и
каким размножаться. В течение тысячелетий люди превратили волкоподобных животных
в серых гончих, декоративных пуделей, такс и сенбернаров. Путём отбора, каким
генам выживать, люди изменили и тело, и характер собак. Человеческие желания
определили «что такое успех» для генов собак; другие факторы определили «что
такое успех» для генов волка.
Мутация и отбор генов на протяжении многих эпох заполняли мир травой и
деревьями, насекомыми, рыбой и людьми. Позднее появлялись и умножались другие
объекты - инструменты, здания, самолеты и компьютеры. И подобно безжизненным
молекулам РНК, эти аппаратные средства эволюционировали.
Эволюция технологии
Так же как камни Земли записывают возникновение всё более сложных и дееспособных
форм жизни, так же и реликвии и письма человечества записывают появление всё
более сложных и дееспособных форм средств производства. Наши самые старые
выжившие средства производства - это сам камень, погребённый вместе с останками
наших предков; наши самые новые средства производства летают над нашими
головами.
Взгляните на комплекс предков космического челнока. Со стороны самолетов, он
происходит от алюминиевых реактивных самолетов шестидесятых, которые сами
произошли по линии, идущей в прошлое через алюминиевые этажерки Второй Мировой
Войны к бипланам из дерева и материи времён Первой Мировой и к планёрам с
мотором братьев Райт, и, наконец, к игрушечным планёрам и воздушным змеям. Со
стороны ракет, космический челнок восходит к ракетам для полётов на Луну, к
военным ракетам, к артиллерийским ракетам прошлого века и, наконец, к
фейерверкам и игрушкам. Этот гибрид из самолёта и ракеты летает, и путём
варьирования компонентов и конструкции аэрокосмические инженеры будут
разрабатывать ещё лучшие новые челноки.
Инженеры говорят о "поколениях" технологии; японский проект компьютера "пятого
поколения" показывает, насколько стремительно растут и множатся некоторые
технологии. Инженеры говорят о "гибридах", "конкурирующих технологиях" и их
"быстром размножении". Директор по исследованиям фирмы IBM Ральф. Е. Гомори
подчёркивает эволюционную природу технологии, когда пишет о том, что "развитие
технологии - намного более эволюционно, чем революционно или ориентированно на
прорывы, чем большинство людей себе представляет". (Действительно, даже прорывы,
такие важные, как молекулярные ассемблеры, будут развиваться через много
маленьких шагов). В цитате, которая предшествует этой главе, профессор Герберт
А. Симон университета Карнеги-Мелон подталкивает нас к тому, чтобы "думать о
процессе конструирования как о включающем, во-первых, генерацию альтернатив, а
затем тестирования этих альтернатив по целому ряду требований и ограничений".
Генерация и тестирование альтернатив - это синонимы вариации и селекции.
Иногда различные альтернативы уже существуют. В "Одном высокоразвитом комплекте
инструментов" в "Следующем всеобъемлющем земном каталоге", Дж. Болдуин пишет:
"Наш портативный магазин развивается уже примерно в течение двадцати лет. На
самом деле нет ничего особого в нём за исключением непрерывного процесса
удаления устаревших и не отвечающих требованиям инструментов и замены их на
более подходящие, что имеет результатом коллекцию, которая стала системой для
производства вещей, а не просто грудой оборудования."
Болдуин точно использует термин "развивающийся". Изобретение и изготовление на
протяжении тысячелетий производили изменения в конструкции инструментов, и
Болдуин отсеивал текущий урожай конкурентным отбором, сохраняя такие, которые
работали лучше всего с другими его инструментами, чтобы служить его нуждам. За
годы вариации и селекции его система эволюционировала. На самом деле, он
настаивает на том, что никогда не надо планировать покупку полного набора
инструментов. Вместо этого он предлагает покупать инструменты, которые часто
приходится занимать, инструменты, отобранные не теорией, а опытом.
Технологические изменения часто делаются специально, в том смысле, что инженерам
платят, чтобы они изобретали и тестировали. Однако некоторые новинки есть чистая
случайность, подобно открытию сырой формы тефлона в цилиндре, в котором
предположительно должен был быть газ тетрафлюороэтилен: когда открыли клапан, он
остался внутри; когда клапан распилили, чтобы расширить отверстие, там оказалось
странное твердое вещество, похожее на воск. Другие новинки произошли от
систематических просчётов. Эдисон пробовал обугливать все, от бумаги до бамбука
и паутины паука, пытаясь найти хорошую нить накаливания для лампочки. Чарльз
Гудиар просиживал на кухне в течение долгих лет, пытаясь превратить клейкую
натуральную резину в прочное вещество, пока наконец случайно не уронил
сульфурированную резину в горячую печку, выполнив первую грубую вулканизацию.
При разработке, именно метод информированных проб и ошибок, а не планирование
безупречного интеллекта принесло большинство продвижений вперёд; вот почему
инженеры строят опытные образцы. Петерз и Ватерман в своей книге "В поиске
совершенства" показывают, что то же самое продолжает быть истинным и для
совершенствования продуктов, и для совершенствования политики компаний. Вот
почему наилучшие из компаний создают "среду и комплекс отношений, которые
поощряют экспериментирование", и почему они развиваются "очень по-дарвиновски".
Фабрики создают порядок через вариацию и селекцию. Грубые системы по контролю
качества проверяют и отказываются от дефектных частей, перед тем как собирать
изделия, а сложные системы управления качеством используют статистические
методы, чтобы выяснять причины дефектов и помочь инженерам изменять
производственный процесс, чтобы минимизировать дефекты. Японские инженеры,
основываясь на работе В. Эдварда Деминга по статистике контроля качества,
сделали такую вариацию и селекцию промышленных процессов опорой успеха экономики
своей страны. Системы, основанные на ассемблерах, также будут нуждаться в
измерении результатов, чтобы исправлять дефекты.
Контроль качества - своего рода эволюция, имеющая целью не изменение, а
устранение вредных изменений. Но так же, как дарвиновская эволюция может
сохранять и распространять благоприятные мутации, так же качественные системы
контроля могут помогать менеджерам и рабочим сохранять и распространять более
эффективные процессы, независимо от того возникают ли они случайно или
преднамеренно.
Всё, что делают инженеры и изготовители, готовит изделия к их последнему
испытанию. Выйдя на рынок, бесконечное множество гаечных ключей, автомобилей,
носков и компьютеров конкурируют в борьбе за благосклонность покупателей. Когда
информированные покупатели свободны выбирать, изделия, которые умеют делать
слишком мало или стоят слишком много, в конце концов, не могут воспроизводиться.
Так же как в природе, испытание конкуренцией делает вчерашнего победителя в
конкуренции завтрашним донным отложением. "Экология" и "экономика" имеют общего
больше, чем только лингвистические корни.
И на рынке, и на реальных и воображаемых полях битвы, глобальное соревнование
заставляет организации изобретать, покупать, выпрашивать и воровать всё более
действенные технологии. Некоторые организации конкурируют большей частью в
предложении людям лучших товаров, другие конкурируют большей частью в
запугивании их более совершенным оружием. Обоих толкает прессинг эволюции.
Глобальная гонка технологий ускорялась в течение миллиардов лет. Слепота
земляного червя не могла блокировать развитие зорких птиц. Маленький мозг и
неуклюжие крылья птицы не могли блокировать развитие человеческих рук, умов и
стреляющих ружей. Аналогично, местные запреты не могут блокировать развитие
военной и коммерческой технологии. По-видимому, мы должны управлять гонкой
технологий или умереть, однако сила технологической эволюции делает из
антитехнологических движений посмешище: демократические движения за местные
ограничения могут ограничить только мировые демократии, но не мир в целом.
История жизни и потенциал новых технологий подсказывают некоторые решения, но
это уже вопрос обсуждающийся в третей части книги.
Эволюция конструкций
Могло бы показаться, что конструирование предполагает альтернативу эволюции, но
проектирование попросту вовлекает эволюцию двумя различными способами. Вопервых, развивается сама практика проектирования. Не только инженеры накапливают
работающие конструкции, они ещё и накапливают работающие методы проектирования.
Они включают весь спектр, от изложенных в книжечке стандартов по выбору труб до
управленческих систем для организации исследований и разработок. И как утверждал
Альфред Норд Вайтхэд, "Величайшим изобретением девятнадцатого века было
изобретение метода изобретений".
Во-вторых, конструкция сама развивается путём вариации и селекции. Инженеры
часто используют разработанные математические законы, к примеру, тепловые потоки
и эластичность, чтобы проверять моделируемые конструкции, перед тем как их
строить. Таким образом, они намечают планы, далее цикл конструирования,
вычислений, критики и изменения конструкции, - просто избегая расходов по
непосредственной обработке металла. Таким образом, создание конструкций проходит
через нематериальную форму эволюции.
Например, закон Гука описывает, как металл гнётся и распрямляется: деформация
пропорциональна приложенному напряжению; в два раза увеличивается напряжение, в
два раза увеличивается растяжение. Хотя он только приблизительно правилен, он
продолжает быть довольно точным, пока эластичность металла, наконец, не уступает
напряжению. Инженеры могут использовать форму закона Хука для разработки бруса
металла, который способен поддерживать груз без слишком большого изгиба, а затем
сделать его только немного более толстым, чтобы учесть погрешности в законе и в
своих конструкторских вычислениях. Также они могут использовать закон Гука для
описания изгиба и скручивания крыльев самолёта, теннисных ракеток и
автомобильных каркасов. Но простые математические уравнения не подходят прямо
для таких изогнутых структур. Инженеры должны подгонять уравнения для упрощения
форм (частей конструкции), и далее собрать эти частичные решения для описания
изгиба в целом. Этот метод (называемый "метод конечных элементов") обычно
требует огромных вычислений, а без компьютеров он был бы невыполним. С
компьютерами он стал общеупотребительным.
Такое моделирование продолжает древнюю тенденцию. Мы всегда воображали
последствия, в надежде и в страхе, когда нам нужно было выбирать курс действия.
Более простые мысленные модели (врожденные и приобретённые), несомненно, также
управляют и животными. Базируясь на правильных мысленных моделях, мысленный
эксперимент может заменить более дорогостоящие (или даже смертельно опасные)
физические эксперименты, - приобретение, которому эволюция благоприятствовала.
Инженерное моделирование просто продолжает эту способность воображать
последствия, чтобы делать ошибки мысленно, а не в действиях.
В "Одном высокоразвитом комплекте инструментов" Дж. Болдуин обсуждает, как
инструменты и мысли смешиваются в работе единичного производства: "...вы
начинаете встраивать вашу инструментальную способность в то, как вы думаете о
создании вещей. Как скажет вам каждый, кто долго работает, инструменты скоро
становятся чем-то вроде автоматической части процесса конструирования... Но
инструменты не могут становиться частью вашего процесса конструирования, если вы
не знаете, что у вас есть и что каждый инструмент делает".
Наличие ощущения способностей инструментов необходимо при планировании
индивидуального проекта для поставки в новую среду; и это не менее существенно
при формировании стратегии для управления крупными достижениями грядущих
десятилетий. Чем лучше наше ощущение инструментов будущего, тем более
основательными будут наши планы выживания и процветания.
Мастер в цехе может держать инструменты в пределах видимости; работа с ними
каждый день делает их знакомыми его глазам, рукам и разуму. Он узнаёт их
способности естественным образом и может непосредственно творчески использовать
это знание. Но люди, такие как мы, которым требуется понять будущее, встают
перед более сложной задачей, поскольку будущие инструменты существуют сейчас
только как идеи и как возможности, заложенные в законах природы. Такие
инструменты не висят на стене, и не производят впечатления на разум через свой
вид, звук или прикосновение. Они не будут это делать, пока не появятся как
реальные предметы. В следующие годы подготовки только изучение, воображение и
мысль могут сделать их способности реальными для ума.
Какими будут новые репликаторы?
История показывает нам, что средства производства развиваются. РНК из
испытательной пробирки, вирусы и собаки - всё показывает, как эволюция движется
через модификацию и тестирование репликаторов. Но средства производства сегодня
не могут воспроизводить себя, будет ли это справедливо и для репликаторов в
свете эволюции технологии? Что является генами машин?
Конечно, нам нет нужды действительно идентифицировать репликаторы, чтобы
распознать эволюцию. Дарвин описал эволюцию ранее, чем Мендель обнаружил гены, а
генетики знали много о наследственности прежде, чем Ватсон и Крик открыли
структуру ДНК. Дарвин не нуждался в знании молекулярной генетики, чтобы понять,
что организмы различаются и что некоторые оставляют больше потомков.
Репликатор - это структура, которая способна сделать так, чтобы образовалась её
копия. Ей может требоваться помощь; без копирующих белковых машин ДНК не могла
бы себя копировать. Но согласно этому определнию некоторые машины – уже
репликаторы! Компании часто делают машины, которые попадают в руки конкурента;
конкурент далее изучает их секреты и строит копии. Так же как гены "используют"
белковые машины, чтобы себя копировать, так же подобные машины "используют"
человеческие умы и руки, чтобы размножаться. С нанокомпьютерами, управляющими
ассемблерами и дизассемблерами, копирование средств производства могло бы даже
быть автоматизировано.
Человеческий разум, однако, намного более тонкая машина имитации, чем любая
простая белковая машина или ассемблер. Голос, письмо и рисунок могут передать
конструкции из разума к разуму прежде, чем они примут форму как аппаратные
средства. Идеи, стоящие за методами разработки, ещё более тонкие: более
абстрактные, чем аппаратные средства, они копируются и функционируют
исключительно в мире разума и систем символов.
Там, где гены эволюционировали в течение поколений и эпох, мысленные репликаторы
эволюционируют в течение дней и десятилетий. Подобно генам, идеи расщепляются,
объединяются и принимают многообразные формы (гены могут быть расшифрованы из
ДНК в РНК и снова использованы; также и идеи могут быть переведены с языка на
язык). Наука не может пока описать нейронные структуры, которые воплощают идеи в
мозгу, но любой может видеть, что идеи мутируют, воспроизводятся и конкурируют.
Идеи подвержены эволюции.
Ричард Давкинс называет элементы воспроизводящихся мысленных структур "мимами"
(англ. "meme"). Он говорит: "примеры мимов - мелодии, идеи, общеупотребительные
выражения, мода в одежде, способы производства горшков и постройки арок. Так же,
как гены размножаются в среде генов, перескакивая от тела к телу (от поколения к
поколению) через сперму или яйца, так же и мимы размножаются в среде мимов,
перескакивая из мозга в мозг посредством процесса, который в широком смысле
может называться имитацией".
Существа разума
Мимы копируются, потому что люди учатся и учат других. Они изменяются, потому
что люди создают новые и неправильно истолковывают старые. Они подвергаются
селекции, потому что люди не верят или повторяют не все, что слышат. Так же как
молекулы РНК из испытательной пробирки конкурируют за ограниченные в количестве
копировальные машины и строительные элементы, мимы должны конкурировать за
ограниченный ресурс - человеческое внимание и усилия. Поскольку мимы формируют
поведение, их успех или неудача - это жизненно важный вопрос.
Начиная с древних времён, мысленные модели и способы поведения передавались от
родителя ребенку. Мимические структуры, которые помогают выживанию и
воспроизводству, имели тенденцию распространяться. (Ешьте этот корень только
после приготовления; не ешьте те ягоды, их злой дух будет скручивать ваши
кишки"). Год за годом, люди поступали по-разному и с разнообразными
результатами. Год за годом кто-то умирал, в то время как остальные находили
новые способы выживания и передавали их дальше. Гены построили мозги на принципе
имитации, поскольку имитируемые структуры были в целом полезны: в конце концов
их носители выживали и распространяли их.
У самих мимов, тем не менее, есть свои собственные вопросы "жизни" и "смерти":
как репликаторы, они развиваются исключительно чтобы выживать и
распространяться. Подобно вирусам, они могут воспроизводиться, не помогая
выживанию или благосостоянию их хозяина. В действительности, мим "жертвы во имя"
может распространяться через сам факт убийства своего хозяина.
Гены, подобно мимам, выживают, используя различные стратегии. Некоторые гены
утки распространили себя, поощряя уток разбиваться на пары для заботы о твоих
яйцах, несущих гены и молодняк. Некоторые гены утки распространили себя
(находясь в самцах утки), поощряя насилие, а некоторые (находясь в самках утки),
поощряя отложение яиц в гнёздах других уток. Ещё одни гены, обнаруживаемые в
утках, - гены вируса, способные распространяться без того чтобы производить
новых уток. Защита яиц помогает виду уток (и индивидуальным генам уток)
выживать; насилие помогает одному набору утиных генов в ущерб другому; инфекция,
в общем случае, помогает вирусным генам за счёт утиных генов. Как отмечает
Ричард Давкин, гены "заботятся" только о копировании себя: они ведут себя
эгоистично.
Но эгоистичные мотивы могут поощрять и кооперацию. Люди, ищущие деньги и
признание для себя, сотрудничают, чтобы строить корпорации, которые служат
потребностям других людей. Эгоистичные гены сотрудничают, чтобы строить
организмы, которые и сами часто сотрудничают. Даже в этом случае, чтобы
вообразить, что гены автоматически служат какому-то благу более высокого уровня
(своим хромосомам? своим клеткам? телам? своим видам?), достаточно неправильно
понять общее действие лежащей в основе причины. Игнорировать эгоистичность
репликаторов - значит быть убаюканным опасной иллюзией.
Некоторые гены в клетках - полнейшие паразиты. Подобно генам герпеса,
вставленным в человеческие хромосомы, они эксплуатируют клетки и вредят их
хозяевам. Однако если гены могут быть паразитами, почему бы ни быть ими и мимам?
В "Расширенном фенотипе" Ричард Давкинс описывает червя, который паразитирует на
пчеле и заканчивает свой жизненный цикл в воде. Он попадает из пчелы в воду,
заставляя пчелу-хозяина нырнуть и умереть. Точно так же муравьиный мозговой
червь должен войти в овцу, чтобы закончить свой жизненный цикл. Для того чтобы
это сделать, они прогрызают отверстие в мозгу хозяина-муравья, некоторым образом
вызывая такие изменения, что заставляет муравья "хотеть" взобраться на верхушку
стебля травинки и ждать, пока в конце концов его не съест овца.
Как черви входят в другие организмы и используют их, чтобы выживать и
копироваться, так же делают мимы. Действительно, отсутствие мимов,
эксплуатирующих человека для своих собственных эгоистичных целей, было бы
удивительно, это было бы признаком некоторой мощной, действительно, почти
совершенной, «умственной иммунной системы». Но мимы-паразиты явно существуют.
Так же как вирусы научились побуждать клетки производить вирусы, так же слухи
научились звучать правдоподобно и пикантно, побуждая повторение. Важно, не
является ли слух правдой, важно как он распространяется. Опыт показывает, что
идеям, научившимся быть успешными репликаторами, нужно иметь лишь очень немного
от правды.
В лучшем случае, письма по цепочке, ложные слухи, модные глупые поступки и
другие умственные паразиты вредят людям, тратя впустую их время. В худшем
случае, они внедряют смертельные заблуждения. Такие системы мимов эксплуатируют
человеческое невежество и уязвимость. Их распространение подобно тому, что у
кого-то простуда, и он чихает на своих друзей. Хотя некоторые мимы действуют во
многом подобно вирусам, заразность не обязательно является чем-то плохим
(вспомните заразную улыбку). Если набор идей имеет достоинство, то подобная
заразность просто повышает это достоинство, и действительно, лучшие этические
учения также нас учат учить этике других. Хорошие публикации могут развлекать,
обогащать понимание, помогать суждению и рекламировать подарочные подписки.
Распространение полезных систем мимов подобно предложению полезных зёрен для
сада друга.
Отбор идей
Паразиты заставили организмы развивать иммунные системы, такие как ферменты,
которые используют бактерии для отражения вторгающихся вирусов, или блуждающие
белые клетки крови, которые используют наше тело для уничтожения бактерий. Мимыпаразиты заставляют разум вступить на подобный путь разработки систем мимов,
которые служат умственными иммунными системами.
Старейшая и самая простая умственная иммунная система просто даёт команду: "верь
старому и отбрасывай новое". Что-то вроде этой системы обычно удерживало племена
от отказа от старого, проверенного пути в пользу безумства новых идей - таких
как идея повиновения предполагаемым приказам призрака уничтожить весь скот и всё
зерно племени, и что это принесёт каким-то образом чудесное изобилие пищи и
армии предков выгонят чужеземцев. (Этот пакет мимов заразил племя Ксоза из Южной
Африки в 1856 году; к следующему году 68 000 умерли, большей частью от голода.)
Иммунная система вашего тела следует подобному правилу: она обычно принимает все
типы клеток, присутствовавшие в начале жизни, и отторгает как инородные и
опасные такие, как потенциальные раковые клетки и вторгающиеся бактерии. Эта
простая система "отбрасывай новое" когда-то работала хорошо, однако в век
трансплантации органов она может убить. Аналогично, в век, когда наука и
технология - постоянно присутствующие факторы, негибкая умственная иммунная
система становится опасной помехой.
При всех своих недостатках, тем не менее, принцип "отклоняй всё новое" прост и
предлагает реальные преимущества. Традиция содержит многое, что испытано и
истинно (или, если не истинно, то, по крайней мере, осуществимо). Изменение же
всегда рискованно: как большинство мутаций носят отрицательный характер, так же
и большинство новых идей неправильно. Даже разум может быть опасен: если
традиция связывает обоснованную практику со страхом приведений, то слишком
уверенная в себе рациональная мысль может отвергнуть хорошее вместе с ложным. К
сожалению, традиции, которые в процессе эволюции стали нести нечто хорошее,
могут быть менее привлекательными, чем идеи, в процессе эволюции научившиеся
выглядеть хорошими. Самая глубоко обоснованная традиция может быть смещена
худшими идеями, которые выглядят более привлекательно для рационального ума.
Однако мимы, которые запечатывают разум против новых идей, защищают себя
способом, вызывающим подозрения в обслуживании собственных интересов. Защищая
ценные традиции от неуклюжего редактирования, они также могут ограждать
паразитирующую бессмыслицу от испытания истиной. Во времена быстрых изменений
они могут делать умы опасно косными.
Многое из истории философии и науки может рассматриваться именно как поиск
лучших умственных иммунных систем, лучших способов отклонять ложное, бесполезное
и вредное. Лучшие системы уважают традицию, однако поощряют и эксперимент. Они
предлагают стандарты для оценки мимов, помогая уму различить паразитов и
полезные инструменты.
Принципы эволюции обеспечивают способ рассматривать изменение, будь то в
молекулах, организмах, технологиях, умах или культурах. Встают те же самые
основные вопросы: что такое репликаторы? как они различаются? что определяет их
успех? как они защищаются против захватчиков? Такие вопросы возникают снова,
когда мы рассматриваем последствия революции ассемблеров, и ещё раз, когда мы
рассматриваем, как общество могло бы поступить с её последствиями.
Принципы эволюционного изменения, имеющие глубокие корни, будут формировать
развитие нанотехнологии, даже когда различие между аппаратными средствами
компьютеров и жизнью начнёт стираться. Такие принципы показывают многое из того,
что мы можем (или не можем) достичь, а занчит, они могут помочь нам
сконцентрировать наши усилия, чтобы формировать наше будущее. Они также говорят
нам много о том, что мы можем (или не можем) предсказать, потому что они
управляют эволюцией не только материи, но и эволюцией самого знания.
Глава 3. ПРЕДСКАЗАНИЕ И
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Критическое отношение может быть описано как сознательная попытка заставить наши
теории и гипотезы страдать вместо нас в борьбе за выживание наиболее
приспособленных. Оно дает нам возможность пережить гибель неадекватной гипотезы,
в то время как более догматичное отношение уничтожало бы её, уничтожая нас.
Сэр КАРЛ ПОППЕР
ПОСКОЛЬКУ МЫ ЖЕЛАЕМ увидеть, к чему приведёт гонка технологий, мы должны задать
три вопроса. Что является возможным, что является достижимым и что является
желательным?
Во-первых, в том, что касается аппаратных средств, сами законы природы
устанавливают ограничения тому, что возможно. Поскольку ассемблеры откроют путь
к этим ограничениям, понимание ассемблеров - ключ к пониманию того, что является
возможным.
Во-вторых, принципы эволюции и факты о нашей имеющейся ситуации устанавливают
пределы достижимому. Поскольку эволюционирующие репликаторы будут играть
основную роль, то принципы эволюции - ключ к пониманию, что будет достижимо.
Относительно того, что является желательным или нежелательным, наши отличающиеся
мечты подталкивают нас к поиску будущего, где будет место разнообразию, в то
время как наши общие опасения подталкивают к поиску безопасного будущего.
Эти три вопроса - возможного, достижимого и желаемого - создают основу подхода к
предвидению. Во-первых, научное и техническое знание формирует карту пределов
возможного. Ппока размытая и неполная, эта карта, тем не менее, обрисовывает
постоянные пределы, внутри которых должно находиться будущее. Во-вторых,
эволюционные принципы определяют то, какие пути нам открыты, и устанавливают
пределы достижимого, включая его нижние границы, потому что продвижение
технологий, которые обещают улучшить жизнь или увеличить военную мощь,
практически нельзя будет остановить. Это даёт возможность ограниченного
предсказания: если старая как вечность эволюционная гонка некоторым непостижимым
образом не остановится, то конкурентное давление будет формировать наше
технологическое будущее, приближая его к пределам возможного. Наконец, в широких
пределах возможного и достижимого, мы можем попытаться достичь будущего, которое
мы находим желаемым.
Ловушки предсказания
Но как кто-либо может предсказывать будущее? Политические и экономические
тенденции - хорошо известные непостоянные, и чистая случайность катит игральные
кости по континентам. Даже сравнительно устойчивый прогресс технологии часто
уклоняется от предсказания.
Предсказатели часто пытаются угадать, какое время и какие затраты потребуются,
для начала использования новых технологий. Когда они выходят за пределы
описанных возможностей и пытаются делать точные предсказания, обычно они терпят
неудачу. Например, хотя было очевидно, что космический челнок был возможен,
предсказания о его стоимости и дате первого запуска были ошибочны на несколько
лет и миллиардов долларов. Инженеры не могут точно предсказать, когда технология
будет разработана, потому что разработка всегда включает неопределённость.
Но мы должны пытаться предсказывать и управлять развитием. Разработаем ли мы
монстров технологии до технологий, позволяющих этих монстров посадить в клетку?
Некоторые монстры, однажды будучи отпущенными на свободу, уже не могут быть
посажены в клетку. Для того чтобы остаться в живых, мы должны сохранять
контроль, ускоряя некоторые разработки и придерживая другие.
Хотя одна технология иногда может защитить от опасности другой (защита против
нападения, средство управления загрязнением против загрязнения), конкурирующие
технологии часто идут в одном и том же направлении. 29 декабря 1959 года Ричард
Фейнман (теперь Нобелевский лауреат) прочитал лекцию на ежегодной конференции
Американского физического Общества, озаглавленную "На дне много места". Он
описал небиохимический подход к наномашинам (разработка сверху вниз, шаг за
шагом, используя большие машины для построения более маленьких) и заявил, что
принципы физики не противоречат возможности манипулирования объектами атом за
атомом. Это не попытка нарушить какие-либо законы; это что-то, что, в принципе,
можно сделать; но на практике это не было сделано - просто «потому что мы
слишком большие... Однако, в конце концов, мы можем делать химический синтез...
выкладывая атомы, где скажут химики, и таким образом вы будете делать вещество».
Так он вкратце набросал план другого, не биохимического пути к ассемблерам.
Также он утверждал, уже тогда, что это "разработка, которой, я думаю, нельзя
избежать".
Как я буду обсуждать в главах 4 и 5, ассемблеры и интеллектуальные машины
упростят многие проблемы, связанные со сроками и стоимостью технологических
разработок. Но сроки и стоимость будут все ещё маячить в поле нашего зрения на
всём протяжении от дня сегодняшнего до этих крупных достижений. Ричард Фейнман
предвидел в 1959, что наномашины могли бы направить химический синтез, возможно,
включая и синтез ДНК. Однако он не мог предвидеть ни сроки, ни стоимость
выполнения.
В действительности, конечно, биохимики разрабатывали методы создания ДНК без
программируемых наномашин, используя упрощённые методы, основанные на
определенных химических уловках. Технологии-победители часто преуспевают
благодаря неочевидным уловкам и деталям. В середине 1950-ых физики могли бы
понять основные принципы полупроводников, что бы сделало микросхемы физически
возможными. Но предсказание, как их можно было бы сделать, предвидение деталей
создания масок, изоляторов, выращивание оксидов, внедрение ионов, гравировка и
т.д., во всей их сложности, было бы невозможно. Нюансы деталей и конкурентное
преимущество, которое выбирает технологии-победители, делает гонку технологий
сложной, а её путь - непредсказуемым.
Но делает ли это долгосрочное предсказание бесполезным? В гонке к пределам,
установленным законами природы, линия финиша предсказуема, даже если дорожка и
скорость бегунов - нет. Не человеческие прихоти, но неизменные законы природы
рисуют линию между тем, что является физически возможным, и тем, что не является
- и ни один политический акт, никакое социальное движение не может изменить
закон гравитации ни на йоту. Поэтому как бы футуристически они ни выглядели,
хорошо обоснованные прогнозы технологических возможностей весьма отличны от
предсказаний. Они основываются на законах природы, которые вне времени, вне
причуд событий.
К сожалению, понимание этого остается редким. Мы с изумлением переступаем
горизонт возможного, путая реальность с миражами и не веря ни тому, ни другому.
Мы смотрим вперед через очки разума и культур, имеющих корни в идеях более
медленнотекущих времён, когда и наука, и технологическая конкуренция не имели
своих сегодняшних сил и скоростей. Мы только недавно начали развивать традицию
технологического предвидения.
Наука и закон природы
Наука и технология переплетаются. Инженеры используют знание, произведенное
учеными; ученые используют инструменты, произведенные инженерами. И ученые, и
инженеры работают с математическими описаниями естественных законов и проверяют
идеи экспериментами. Но наука и технология отличаются радикально по их сути,
методам и целям. Понимание этих различий принципиально для обоснованного
предвидения. Хотя обе области состоят из эволюционирующих систем мимов, они
развиваются под давлением различных факторов. Рассмотрим корни научного знания.
Большую часть своей истории люди плохо понимали эволюцию. Философам оставалось
лишь думать, что чувственная видимость, посредством рассудка, должна каким-то
образом оставлять отпечаток в человеческом знании, таком как знание
естественного закона. Но в 1737 шотландский философ Давид Юм предложил им
пренеприятную загадку: он показал, что наблюдения не могут логически доказать
общее правило: тот факт, что Солнце светит день за днём, по логике, ничего не
доказывает насчёт того, будет ли оно это делать завтра. И действительно, однажды
Солнце перестанет это делать, опровергая любую такую логику. Проблема Юма,
казалось, разрушила идею рационального знания, чрезвычайно расстроив
рациональных мыслителей (включая его самого). Они изо всех сил пытались что-то
сделать, но иррационализм получил свою почву. В 1945 году философ Бертран Рассел
заметил, что "рост нерациональности на протяжении девятнадцатого века и то, что
прошло в двадцатом, - естественное последствие юмовского разрушения эмпиризма".
Мим-проблема Юма подрубила саму идею рационального знания, по крайней мере, как
люди его себе представляли.
За последние десятилетия Карл Поппер (возможно, любимый философ учёных), Томас
Кун и другие признали науку эволюционным процессом. Они рассматривают её не как
механический процесс, посредством которого наблюдения некоторым образом
производят заключения, а как сражение, где идеи соревнуются за то, чтобы быть
принятыми.
Все идеи, как мимы, конкурируют за принятие, но мимическая система науки имеет
специфику: она имеет традицию преднамеренной мутации идей и уникальной иммунной
системы для контроля мутантов. Результаты эволюции изменяются выборочным
приложением давления, будь то среди молекул РНК из испытательной пробирки,
насекомых, идей или машин. Аппаратные средства, разработанные для охлаждения,
отличаются от средств, разработанных для транспортировки, потому что
холодильники очень плохо служат в качестве автомобилей. В общем случае,
репликаторы, появившиеся для А, отличаются от таковых, появившихся для В. Мимы не исключение.
Вообще говоря, идеи могут в процессе эволюции научаться выглядеть истинными или
даже превращаются в истинные (выглядя истинными для людей, которые проверяют
идеи тщательно). Антропологи и историки описали, что случается, когда идеи
научаются в ходе эволюции казаться истинными среди людей, у которых нет научного
метода; результаты (теория заболеваний "вселился злой дух", теория звёзд "огни
на куполе" и т.п.) достаточно хорошо согласовались по всему миру. Психологи,
испытывая человеческие наивные заблуждения о том, как объекты падают, обнаружили
взгляды, подобные тем, которые развились в формальные "научные" системы на
протяжении средних веков до работ Галилея и Ньютона.
Галилей и Ньютон использовали эксперименты и наблюдения для проверки идей о
движении, открывая эру поразительного научного прогресса: Ньютон разработал
теорию, которая выдержала все испытания, доступные на тот день. Их метод
специально произведённого испытания уничтожил идеи, которые отклонялись слишком
далеко от правды, включая идеи, которые появились, чтобы апеллировать к наивному
человеческому уму.
Эта тенденция продолжилась. Дальнейшее варьирование и испытания побудили
дальнейшее развитие научных идей, при этом получались некоторые, выглядящие
столь же причудливо, как изменяющееся время и изогнутое пространство
относительности, или вероятностные волновые функции квантовой механики. Даже
биология отбросила особую жизненную силу, которая предполагалась ранними
биологами, открывая вместо неё тщательно устроенные системы невидимо маленьких
молекулярных машин. Идеи, казавшиеся истинными (или близкими к истине) снова и
снова оказывались ложными или не всеобъемлющими. Истинные и выглядящие истинными
оказывались так же различны, как автомобили и холодильники.
В физических науках идеи развивались при нескольких основных правилах отбора.
Сначала ученые отбрасывают идеи, у которых нет проверяемых последствий; таким
образом они предохраняют свои головы от засорения бесполезными паразитами. Вовторых, ученые ищут замену идеям, которые не подтверждаются испытаниями.
Наконец, ученые ищут идеи, которые создают самый широкий диапазон точных
предсказаний. Закон гравитации, например, описывает падение камня, орбиты планет
и завихрения галактик и делает точные предсказания, которые делают его широко
открытым для опровержения. Его широта и точность, аналогично, дают ему широкую
полезность, помогая инженерам и конструировать мосты, и планировать космические
полёты.
Научное сообщество обеспечивает среду, в которой мимы распространяются,
подталкиваемые конкуренцией и проверяемые на возможность развития в направлении
увеличения возможностей и точности. Согласие о важности проверки теорий
объединяет научное сообщество при жестоких противоречиях между самими теориями.
Неточное, ограниченное свидетельство никогда не может доказывать точную, общую
теорию (как это показал Юм), но оно может опровергать некоторые теории, помогая
тем самым ученым среди них выбирать. Подобно другим эволюционным процессам,
наука создает нечто положительное (увеличивающиеся запасы полезных теорий)
посредством двойного отрицания (опровержения неправильных теорий). Центральная
роль отрицательного свидетельства отвечает за некоторые психологические
проблемы, вызванные наукой: как средство опровержения, оно может искоренить
любимые убеждения, оставляя психологический вакуум, который оно не обязательно
заполняет.
Говоря просто и практически, большинство научного знания твёрдо как скала
упавшая вам на ногу. Мы знаем, что Земля крутится вокруг Солнца (хотя наши
чувства подсказывают иное), потому что теория соответствует огромному количеству
наблюдений, и потому что мы знаем, почему наши чувства нас обманывают. У нас
есть больше, чем просто теория, что атомы существуют: мы связываем их и образуем
молекулы, получаем из них свет, мы их видели под микроскопом (отчётливо) и
разбивали их на куски. У нас есть больше, чем просто теория эволюции: мы
наблюдали мутации и селекцию, наблюдали эволюцию в лаборатории. Мы нашли следы
прошлой эволюции в камнях нашей планеты, и мы наблюдали эволюцию, которая
формировала наши инструменты, наш мозг, и идеи, содержащиеся в наших умах,
включая саму идею эволюции. Научный процесс выковал универсальное объяснение
многих фактов, включая факты о том, почему появились сами люди и наука.
Когда наука заканчивает опровержение теорий, оставшиеся в живых теории часто
жмутся настолько близко друг к другу, что для практики разница между ними совсем
несущественна. В конце концов, практическое различие между двумя оставшимися
теориями могло бы быть протестировано и использовано, чтобы опровергнуть одну из
них. Например, различия между современными теориями гравитации настолько тонки,
что инженеры, проектирующие полеты через области гравитации космического
пространства, могут о них не беспокоиться. Фактически, инженеры планируют
космические полёты, пользуясь опровергнутой теорией Ньютона, потому что она
проще эйнштейновской, и достаточно точна. Эйнштейновская теория гравитации пока
выдержала все испытания, однако нет её абсолютного доказательства, и никогда не
будет. Его теория делает точные предсказания обо всём что касается вопросов
гравитации, но учёные могут делать всё равно только приближённые измерения
многих объектов. Поэтому, как отмечает Карл Поппер, можно всегда изобрести
теорию, настолько похожую на другую, что существующие факты не смогут их
различить.
Хотя дебаты в средствах массовой информации подчёркивают шаткость и спорность
границ знания, способность науки установить согласие остается очевидной. Где ещё
есть согласие по такому большому кругу вопросов, которое растёт так же устойчиво
и по всему миру? Конечно, не в политике, религии или искусстве. В
действительности, главный соперник науки - её родственник - технология, которая
также развивается через новые идеи и тщательную их проверку.
Наука против технологии
Как говорит директор по исследованиям фирмы IBM Ральф Е. Гомори, "в общественном
сознании эволюция технологического развития часто путается с наукой". Эта ошибка
затрудняет наши усилия в предвидении.
Хотя инженеры часто ступают на нетвёрдую почву, они не обречены так поступать,
равно как и ученые. Они могут избегать рисков, присущих предложению точных,
универсальных научных теорий. Инженерам нужно только показать, что при
определённых условиях специфический объект будет достаточно хорошо работать.
Разработчику не нужно знать ни точное напряжение в канате, на котором весит
висячий мост, ни точное напряжение, которое его порвёт; канат будет поддерживать
мост так долго, как долго он будет находиться под ним, что бы ни случилось.
Хотя измерения не могут доказать точное равенство, они могут доказать
неравенство. Результаты разработки могут, таким образом, быть основательны в том
смысле, в котором точные научные теории не могут. Результаты инженерной
разработки могут даже переживать опровержение научных теорий, из которых они
проистекали, там, где новые теории дают сходные результаты. Доказательство
существования ассемблеров, например, переживёт любые возможные
усовершенствования в теории квантовой механики и молекулярных связей.
Предсказание содержания нового научного знания логически невозможно, потому что
не имеет смысла заявлять, что ты уже знаешь факты, которые ты узнаешь лишь в
будущем. Предсказание деталей будущей технологии, с другой стороны, является
просто трудным, но не невозможным. Наука ставит целью знание, а конструирование
ставит целью создание; это позволяет инженерам говорить о будущих достижениях
без парадокса. Они могут разрабатывать свои аппаратные средства в мире разума и
вычислений, до того как резать металл или даже прорисовывать все детали
конструкции.
Ученые обычно признают это различие между научным предвидением и технологическим
предвидением: они охотно делают технологические предсказания относительно науки.
Так, ученые могли и предсказали качество фотографий Вояжера колец Сатурна, но не
их удивительное содержание. Действительно, они предсказали качество фотографий,
в то время как камеры были ещё только идеями и рисунками. Их расчёты
использовали хорошо проверенные принципы оптики без чего-либо нового в науке.
Поскольку наука стремится понять, как всё работает, научное образование может
оказать большую помощь в понимании определенных частей аппаратных средств.
Однако это автоматически не даёт техническую компетентность; проектирование
воздушного лайнера требует намного больше, чем знание металлургии и
аэродинамики.
Ученые поощряются своими коллегами и сосредоточиваться на идеях, которые могут
быть проверены существующими средствами. Получающийся в результате краткосрочный
акцент часто оказывает хорошую услугу науке: он удерживает ученых от блуждания в
туманных мирах непроверенных фантазий, а быстрое тестирование содействует
эффективной умственной иммунной системе. К сожалению, однако, этот культурный
уклон в сторону краткосрочного тестирования делает учёных менее
заинтересованными в долгосрочных продвижениях в технологии.
Невозможность подлинного предвидения относительно науки приводит многих ученых к
тому, чтобы расценивать все утверждения о будущих достижениях как
"спекулятивные" - термин, который вполне оправдан, когда применяется к будущему
науки, но не имеет большого смысла, когда применяется к хорошо обоснованным
прогнозам в технологии. Но большинство инженеров разделяют аналогичную
склонность к близкой перспективе. Их также поощряют (их образование, коллеги и
работодатели) концентрироваться только на одном роде проблемы: разработке
систем, которые могут быть сделаны с помощью существующей технологии или
технологии, которая вот-вот появится. Даже долгосрочные инженерные проекты,
такие как космический челнок, должны иметь свои пределы, после которых никакие
новые разработки не могут стать частью основной конструкцсистемы ИИ.
Короче говоря, ученые отказываются делать предсказания относительно будущего
научного знания и редко обсуждают будущие технические достижения. Инженеры всё
же прогнозируют будущие разработки, но редко обсуждают всё, что не основано на
существующих возможностях. Однако здесь есть решающий промежуток для изучения:
что из инженерных разработок прочно основано на существующей науке, но ожидает
будущих возможностей? Эта брешь оставляет плодородную область для изучения.
Представьте себе линию развития, которая включает использование существующих
инструментов для создания новых инструментов, затем использование тех
инструментов для создания новых аппаратных средств (возможно, включая ещё иное
поколение инструментов). Каждый набор инструментов может опираться на
установленные принципы, однако вся последовательность развития может занять
много лет, поскольку каждый шаг приносит множество специфических проблем,
которые надо решать. Ученые, планирующие свой следующий эксперимент, и инженеры,
разрабатывающие своё следующее устройство, вполне могут игнорировать всё, кроме
первого шага. Однако конечный результат может быть предсказуем, находясь в
пределах возможного, доказанного авторитетной наукой.
Недавняя история иллюстрирует вышесказанное. Немногие инженеры рассматривали
построение космических станций, перед тем как ракеты вышли на орбиту, но
принципы были достаточно ясны, и разработка космических систем сейчас процветающая область. Точно так же немного математиков и инженеров изучали
возможности вычислений, до того как были построены компьютеры, хотя многие это
делали после этого. Поэтому не так удивительно, что немногие учёные и инженеры
уже исследовали будущее нанотехнологии, как бы важно это ни могло быть.
Урок Леонардо
Усилия по проектированию технических разработок имеют длинную историю, и примеры
прошлого иллюстрируют сегодняшние возможности. Например, как Леонардо да Винчи
удалось правильно предвидеть такое большое количество вещей, и почему он иногда
ошибался?
Леонардо жил пять столетий назад, во времена открытия Нового Света. Он делал
прогнозы в форме рисунков и изобретений; каждая его конструкция может
рассматриваться как проект (что-то, очень похожее на него, могло бы быть сделано
и работать). Он преуспел как инженер-механик: он разработал работающие
устройства (некоторые из них не были построены ещё в течение веков) для
землеройных работ, обработки металла, передачи энергии и других целей. Он
потерпел неудачу как разработчик летательного аппарата: сейчас мы знаем, что его
летающая машина никогда не могла бы работать, если бы была сделана как описано
им.
Его успехи в разработке машин легки для понимания. Если детали могут быть
сделаны достаточно точно, из достаточно твердых, достаточно прочных материалов,
то конструкция медленно движущихся машин с рычагами, шкивами и крутящимися
подшипниками становится лишь вопросом геометрии и рычага, а Леонардо понимал их
весьма хорошо. Некоторые из его "предсказаний" были на далёкую перспективу, но
только потому, что прошло много лет, прежде чем люди научились делать детали,
достаточно точные, достаточно твёрдые и достаточно прочные, чтобы строить,
например, хорошие шариковые подшипники (их начали использовать приблизительно
через три сотни лет после того, как предложил Леонардо). Точно так же механизмы
с лучшими, циклоидальными зубцами были сделаны почти два столетия после того,
как Леонардо их нарисовал, а одна из его конструкций цепного двигателя была
построена ещё почти три столетия.
Также легко понять его неудачи с самолетом. Поскольку в век Леонардо не было
науки аэродинамики, он не мог ни вычислять силы, воздействующие на крылья, ни
знать требования к тяге и управлению самолетом.
Могут ли люди в наше время надеяться делать прогнозы о молекулярных машинах,
столь же точные, как такие, которые Леонардо да Винчи делал о металлических
машинах? Можем ли мы избежать ошибок, подобных тем, которые были в его планах
летающей машины? Пример Леонардо наводит на мысль, что можем. Я могу напомнить,
что Леонардо сам, вероятно, не имел уверенности в своём летательном аппарате, и
что его ошибки тем не менее содержали крупицу истины. Он был прав в том, что
летательные машины некоторого рода возможны - и действительно, мы могли бы быть
в этом уверены, потому что они уже существовали. Птицы, летучие мыши и пчёлы
доказывали возможность полёта. Более того, хотя не существовало работающих
примеров его шариковых подшипников, механизмов и цепных двигателей, он мог иметь
уверенность в их принципах. Талантливые умы уже построили широкий фундамент
знания о геометрии и законах рычага. Требуемая прочность и точность частей может
заставить сомневаться, но взаимоотношение их функций и движений. Леонардо мог
предложить машины, требующие лучшие детали, чем какие-либо из известных, и тем
не менее иметь определённую степень уверенности в своих проектах.
Предложенные молекулярные технологии аналогично опираются на широкую базу
знания, не только геометрии и рычагов, но и химических связей, статистической
механики, а также физики в целом. На этот раз, тем не менее, проблемы
материальных свойств и точность производства не возникают каким-либо отдельным
образом. Свойства атомов и связей - материальные свойства, а атомы мы берём уже
готовыми и идеально стандартными. Таким образом, по-видимому, сейчас мы более
подготовлены для предвидения, чем были люди во времена Леонардо: мы знаем больше
о молекулах и контролируемых связях, чем они знали о стали и машинах. Вдобавок,
мы можем указать на наномашины, которые уже существуют в клетках, как Леонардо
мог указать на машины (птицы), уже летающие в небесах.
Прогнозировать, как может быть построено второе поколение наномашин на основе
белковых машин, конечно, легче, чем было делать прогноз, каким образом будут
построены точные стальные машины, имея перед собой грубые машины времён
Леонардо. Научиться использовать грубые машины, чтобы делать более точные машины
требовало времени и методы достижения этого были далеки от очевидного.
Молекулярные машины, напротив, будут построены из идентичных, уже готовых
атомных частей, которые нужно только собрать. Создание точных машин с помощью
грубых машин было труднее представить, чем молекулярную сборку сейчас. И, кроме
того, мы знаем, что молекулярная сборка происходит всё время в природе. Снова у
нас есть более прочное основание для уверенности, чем у Леонардо.
Во времена Леонардо люди имели скудное знание об электричестве и магнетизме, и
не знали ничего о молекулах и квантовой механике. Соответственно, электрический
свет, радио и компьютеры поставили бы их в тупик. Сегодня, однако, основные
законы, наиболее важные для конструирования - такие, которые описывают обычную
материю, похоже, уже неплохо её понимают. Так же как с выжившими теориями
гравитации, научный механизм опровержения заставил выжившие теории материи
сойтись между собой в близком согласии.
Такое знание появилось сравнительно недавно. До этого века люди не понимали,
почему твёрдые предметы были тверды или почему Солнце светило. Ученые не
понимали законов, которые управляли материей в обычном мире молекул, людей,
планет и звезд. Вот почему наш век породил транзисторы и водородные бомбы, и
почему уже вырисовывается молекулярная технология. Такое знание приносит новые
надежды и опасности, однако, по крайней мере, оно даёт нам средства заглянуть
вперёд и подготовиться.
Когда основные законы технологии известны, будущие возможности могут быть
предсказаны (хотя и с пробелами, иначе Леонардо предсказал бы и механические
компьютеры). Даже когда основные законы плохо известны, как это было с
принципами аэродинамики во времена Леонардо, природа может показывать нам эти
возможности. Наконец, когда и наука, и природа указывают на возможность, все эти
уроки подсказывают, чтобы мы это принимали во внимание и планировали
соответственно.
Ассемблерная революция
Основы науки могут развиваться и изменяться, однако они будут продолжать
поддерживать устойчивую, возрастающую систему технических приёмов. В конечном
счете, ассемблеры позволят инженерам делать всё что угодно, что может быть в
принципе разработано, обходя традиционные проблемы материалов и изготовления.
Приближения и компьютерные модели уже позволяют инженерам разрабатывать
конструкции даже в отсутствии инструментов, позволяющих их воплотить. Все эти
возможности объединяться, чтобы позволить предвидеть, а даже более того.
По мере того как нанотехнология приближается, придёт время, когда ассемблеры
станут неизбежной перспективой, подкреплённой серьезной и хорошо финансируемой
программой разработки. Их ожидаемые способности станут ясными.
К тому времени автоматизированное проектирование молекулярных систем, которое
уже началось, станет общим и сложным, подталкиваемым успехами в компьютерной
технологии и возрастающими потребностями молекулярных инженеров. Используя эти
инструменты разработки, инженеры будут способны разработать второе поколение
наносистем, включая второе поколение ассемблеров, которое необходимо, чтобы их
построить. Что более важно, допуская достаточный запас для неточности (и
подготавливая альтернативные конструкции), инженеры будут способны разрабатывать
многие системы, которые будут работать . И как только первые из них будут
построены, они разработают хорошо обоснованные конструкции в мире моделируемых
молекул.
Рассмотрите преимущество этой ситуации: в разработке будет величайшее средство
производства в истории, по-настоящему универсальная система изготовления,
способная делать всё что только может быть разработано, причём система
проектирования будет уже в наличии. Будут ли все ожидать, пока появятся
ассемблеры, чтобы начать планировать, как их использовать? Или компании и страны
используют эти возможности и, под давлением конкуренции, разработают наносистемы
заранее, чтобы ускорить эксплуатацию ассемблеров, когда они впервые появятся?
Этот процесс проектирования вперед, по-видимому, обязательно начнётся;
единственный вопрос - когда, и как далеко он пойдёт. Годы медленного
усовершенствования конструкций вполне могут прорываться в аппаратные средства с
беспрецедентной неожиданностью вслед за ассемблерным прорывом. Как хорошо мы
будем проектировать вперёд и что мы будем проектировать, может определить,
выживем ли мы и будем ли мы процветать, или же сами себя уничтожим.
Поскольку ассемблерная революция затронет почти всю технологию, предсказание это очень ёмкая задача. Из океана возможных механических устройств Леонардо
предвидел только несколько. Точно так же из намного более широкого океана
технологий будущего, современный разум может предвидеть только малую часть.
Однако несколько достижений, похоже, обладают фундаментальной важностью.
Медицинская технология, космические горизонты, усовершенствованные компьютеры и
новые социальные изобретения - все это обещает играть взаимосвязанные роли. Но
ассемблерная революция затронет каждое из них, и не только их.
Часть 2.
Очертания
возможного
Глава 4. МАШИНЫ ИЗОБИЛИЯ
Если бы каждый инструмент, когда ему приказывают, или даже по собственной
инициативе, мог бы делать работу, для которой он предназначен... тогда не
имелась бы никакой необходимости в учениках для мастеров или в рабах для господ.
АРИСТОТЕЛЬ
27 МАРТА 1981 ГОДА новости радио CBS процитировали ученого, работающего в НАСА,
который сказал, что инженеры, в пределах двадцати лет, будут способны строить,
для использования в космосе или на Земле, самовоспроизводящихся роботов. Такие
машины строили бы копии себя, и копиям можно было бы делать предписания
создавать полезные продукты. У него не было сомнений в их возможности, только в
том, когда именно они будут построены. И он был прав.
С 1951, когда Джон фон Нейман выделил принципы самокопирующихся машин, ученые в
целом подтверждали их возможность. В 1953 году Ватсон и Крик описали структуру
ДНК, которая показала, как живые объекты передают инструкции, которые руководят
их постройкой. Биологи с тех пор узнавали все больше деталей о том, как работает
самовоспроизводство клетки. Они обнаружили, что оно действует согласно принципам
фон Неймана. Подобно тому как птицы показали возможность полёта, жизнь вообще
показала возможность самовоспроизводства – по крайней мере с помощью систем
молекулярных машин. Ученый, работающий в НАСА, однако, имел ввиду другое.
Гремящие репликаторы
Биологические репликаторы, такие как вирусы, бактерии, растения и люди,
используют молекулярные машины. Искусственные репликаторы могут использовать
вместо этого и балк-технологию. Поскольку сегодня у нас есть балк-технологии,
инженеры могут её использовать, чтобы строить репликаторы до того как появится
молекулярная технология.
Древний миф о волшебной силе жизни (вместе с неправильным представлением об
увеличении энтропии, которое означает, что все во вселенной должно обязательно
умереть) породил мим-высказывание, что репликаторы должны нарушить некоторый
естественный закон. Это не так. Биохимики понимают, как клетки воспроизводятся и
они не находят в этом никакого волшебства. Вместо этого они находят машины,
обеспечиваемые материалами, энергией и инструкциями, которые необходимы для
выполнения работы. Клетки уже воспроизводятся; роботы могли бы воспроизводиться
тоже.
Успехи в автоматизации естественным образом приведут к механическим
репликаторам, сделает ли кто-либо их особой целью или нет. В то время как
давление конкуренции заставляет увеличиваться автоматизацию, потребность в
человеческой рабочей силе на фабриках будет снижаться. На производственном
предприятии Fujitsu Fanuc уже работает машинная секция двадцать четыре часа в
сутки только с девятнадцатью рабочими на этаже во время дневной смены и совсем
без кого-либо во время ночной смены. Эта фабрика производит 250 машин в месяц,
100 из которых - роботы.
В конечном счете, роботы могли бы делать всю работу по сборке роботов, собирать
другое оборудование, делать необходимые детали, управлять шахтами и
генераторами, которые снабжают различные фабрики материалами и энергией и т.д.
Хотя подобная сеть фабрик, развернутая по местности не напоминала бы нам
«беременного» робота, она бы образовала саморасширяющуюся, самовоспроизводящуюся
систему. Ассемблерная революция определенно произойдет до того, как вся
промышленность будет автоматизирована, однако сегодняшние шаги в этом
направлении - шаги в направлении чего-то вроде гигантского гремящего
репликатора.
Но как такую систему можно поддерживать и чинить без человеческого труда?
Представьте себе автоматическую фабрику, способную и проверять детали и собирать
оборудование. Плохие детали не проходят испытаний и выбрасываются или
перерабатываются. Если фабрика может также разбирать машины, то и производить
ремонты нетрудно: нужно просто разобрать неработающие машины, проверить все их
детали, заменить все изношенные или сломавшиеся детали и снова их собрать. Более
эффективная система диагностировала бы проблемы без тестирования каждой детали,
но это не обязательно необходимо.
Распространяющаяся система фабрик, укомплектованных роботами, была бы
осуществима, но громоздка. При умном конструировании и минимуме различных частей
и материалов, инженеры могли бы уместить копирующуюся систему в один корпус, но подобная коробка могла бы быть ещё огромна, потому что в ней должно
содержаться оборудование, способное делать и собрать много различных частей.
Сколько различных частей? Столько, сколько она сама содержит. Сколько различных
частей и материалов было бы необходимо, чтобы построить машину, способную делать
и собрать так много различного материалов и частей? Это трудно оценить. Системы,
основанные, например, на сегодняшней технологии, использовали бы электронные
чипы. Но их производство потребовало бы слишком много оборудования, которое
нужно поместить внутрь маленького репликатора.
Кролики тоже воспроизводятся, но они требуют уже готовых частей типа молекул
витаминов. Получение этого из еды позволяет им выживать с меньшим количеством
молекулярных машин, чем если бы им пришлось все делать с нуля. Точно так же
механический репликатор, используя изготовленные отдельно чипы, мог бы быть
несколько проще, чем такой же, делающий сам все, что необходимо. Такие
специфические "диетические" требования также связали бы машины в более широкую
"экологическую" систему, помогающую держать её на прочном поводке. Инженеры в
спонсируемых НАСА исследованиях предложили использовать подобные полурепликаторы
в космосе, давая возможность космической промышленности расширяться только с
небольшой поставкой сложных частей с Земли.
Однако, так как репликаторы, построенные по балк-технологии, должны производить
и собирать свои части, они должны содержать машины и которые производят частидетали и которые их собирают. Это подчеркивает преимущество молекулярных
репликаторов: их части - атомы, а атомы уже есть в готовом виде.
Молекулярные репликаторы
Клетки воспроизводятся. Их машины копируют свои ДНК, которые направляют их
рибосомные механизмы на строительство других машин из более простых молекул.
Такие машины и молекулы уже содержатся в заполненном жидкостью мешке. Мембрана
впускает молекулы, снабжающие клетку энергией и детали для дальнейшего
производства наномашин, ДНК, мембран и т.д.; она выпускает отработанные
молекулы, несущие энергию и остатки компонентов. Клетка воспроизводится путем
копирования частей внутри своего мембранного мешка, сортируя их на две группы, и
расщепляя мешок на два. Искусственные репликаторы могли бы строиться так, чтобы
работать аналогичным образом, но используя ассемблеры вместо рибосом. Таким
образом мы могли бы строить клеткоподобные репликаторы, которые не
ограничиваются молекулярными машинами, сделанными из мягких влажных складок
молекул белка.
Но инженеры, более вероятно, разработают другие подходы к воспроизводству. У
эволюции просто не было никакого способа изменить фундаментальный принцип
действия клетки, а этот принцип действия имеет свои недостатки. В синапсах,
например, клетки мозга передают сигналы своим соседям, высвобождая пузырьки
химических молекул. Такие молекулы толкаются вокруг, пока не свяжутся с
молекулами-датчиками соседней клетки, иногда вызывая нейронный импульс.
Химические синапсы - медленные переключатели, и нейронные импульсы двигаются
медленнее, чем звук. С ассемблерами молекулярные инженеры будут строить целые
компьютеры меньшего размера, чем синапсы, и в миллионы раз быстрее.
Мутация и отбор могли переделать синапсы в механический нанокомпьютер не лучше,
чем селекционер мог бы переделать лошадь в автомобиль. Тем не менее, инженеры
построили автомобили, и также будут учиться строить компьютеры быстрее, чем мозг
человека, а также и репликаторы, обладающие большими возможностями, чем
существующие клетки.
Некоторые из этих репликаторов вообще не будут похожи на клетки - они будут
похожи на фабрики, уменьшенные до размера клетки. Они будут содержать
наномашины, установленные на молекулярном каркасе и конвейерные ремни, чтобы
перемещать детали от машины к машине. Снаружи у них будет набор сборочных
манипуляторов для постройки своих копий по атому или секции за раз.
Как быстро эти репликаторы смогут размножаться, будет зависеть от скорости их
сборки и от их размера. Представьте себе достаточно сложный ассемблер,
содержащий миллион атомов: он вполне может иметь десять тысяч перемещающихся
частей, каждая в сотню атомов - т.е. достаточно деталей, чтобы сделать довольно
сложную машину. В действительности сам ассемблер выглядит как коробка, служащая
основой для манипуляторов, каждый длинной по сотне атомов. Коробка и манипулятор
содержат устройства, которые перемещают руку из одного положения в другое, чтобы
поместить, и другие, которые заменяют молекулярные инструменты на его конце.
Позади коробки находится устройство, которое читает ленту и обеспечивает
механические сигналы, которые переключают движения манипулятора и смену
инструментов. Перед рукой находится незаконченная структура. Конвейеры подносят
молекулы к ассемблерной системе. Некоторые поставляют энергию для двигателей,
некоторые передвигают считывающее устройство для ленты и манипуляторы, другие же
обеспечивают группы атомов, занимающиеся сборкой. Атом за атомом (группа за
группой), манипулятор передвигает детали каждую на свое место - как указывается
лентой; химические реакции соединяют их в связанную структуру.
Эти ассемблеры будут работать быстро. Быстрый фермент, такой как углеродная
ангидраза или кетостероидная изомераза, может обрабатывать почти миллион молекул
в секунду, даже без конвейеров и механизмов, приводимых в движение энергией,
чтобы быстро поставить новую молекулу на место как только освобождается
предыдущая. Может показаться слишком сильным ожидать от ассемблера, что он будет
захватывать молекулу, перемещать её и втискивать на место лишь за миллионную
секунды. Но маленькие объекты могут двигаться туда-сюда очень быстро. Человек
может поднять и опустить руку несколько раз в секунду, пальцы могут постукивать
по чему-нибудь быстрее, муха способна махать своими крылышками достаточно
быстро, чтобы жужжать, а комар уже создает невыносимо тонкий писк. Насекомые
могут махать своими крыльями примерно в тысячу раз быстрее, чем люди своими
руками, потому что крылья насекомого примерно в тысячу раз короче.
Манипулятор ассемблера будет приблизительно в пятьдесят миллионов раз короче,
чем человеческая рука, и поэтому возможно будет способен двигаться туда-сюда
приблизительно в пятьдесят миллионов раз быстрее. Для манипулятора ассемблера,
двигаться всего лишь миллион раз в секунду было бы подобно человеческой руке
двигаться около одного раз в минуту: очень медленно. Так что это выглядит очень
разумно.
Скорость копирования будет зависеть также от общего размера системы, которая
должна быть построена. Ассемблеры не будут копироваться сами по себе; им будут
нужны материалы и энергия, а также инструкции о том, как их использовать.
Поставлять материалы и энергию могут обычные химические вещества, но должны быть
в наличии и наномашины, чтобы их обрабатывать. Бугристые полимерные молекулы
могут кодировать информацию подобно перфоленте, но должно также иметься и
устройство чтения, чтобы переводить комбинацию бугорков в характер движения
манипулятора. Вместе эти детали образуют самое главное в репликаторе: лента
поставляет инструкции для сборки копии ассемблера, устройства чтения и других
наномашин, а также и самой ленты.
Разумная конструкция этого вида репликаторов, вероятно, будет включать несколько
ассемблерных манипуляторов и ещё несколько манипуляторов для удержания и
перемещения объектов работы. Каждый из этих манипуляторов - это по одному
миллиону атомов или около того. Другие части - устройства чтения ленты,
химические процессоры и т.д. - могут быть так же сложны как и ассемблеры. В
конце концов, гибкая система копирования, вероятно, будет включать простой
компьютер; следуя механическому подходу, упомянутому в Главе 1, это добавит
порядка 100 миллионов атомов. Все части вместе взятые будут составлять менее чем
150 миллионов атомов. Предположим даже, что это будет один миллиард, чтобы
оставить широкий допуск для ошибки. Не будем принимать во внимание
дополнительные способности дополнительных манипуляторов ассемблера, оставляя ещё
больший допуск. Работая со скоростью миллион атомов в секунду, система все равно
скопирует себя за тысячу секунд или немногим более чем за пятнадцать минут - это
примерно то время, за которое бактерия воспроизводит себя при хороших условиях.
Представьте себе подобный репликатор, плавающий в бутылке с химическими
веществами, и производящий копии себя. Он строит одну копию за одну тысячу
секунд, тридцать шесть за десять часов. Через неделю, он сделает достаточно
копий, чтобы заполнить объем человеческой клетки. За столетие, он сделает
достаточно, чтобы покрыть небольшое пятнышко. Если бы это было все, что могли
делать репликаторы, мы бы могли на них просто не обращать внимания.
Однако каждая копия будет строить ещё большее количество копий. Значит первый
репликатор соберет копию за одну тысячу секунд, дальше два репликатора построят
ещё два за следующую тысячу секунд, четыре построят ещё четыре, а восемь
построят ещё восемь. В конце десяти часов будет иметься не просто тридцать два
новых репликатора, а более 68 миллиардов. Менее чем за день одни бы весили
тонну; менее чем за два дня одни бы стали весить больше, чем Земля; ещё через
четыре дня одни бы превысили по массе Солнце и все планеты вместе взятые - если
конечно бутылка с химическими веществами не опустеет до этого момента.
Постоянное удвоение означает экспоненциальный рост. Репликаторы умножаются по
экспоненте, если нет ограничений, таких как недостаток места или ресурсов.
Бактерии это делают, и примерно с той же самой скоростью как репликаторы,
описанные только что. Люди воспроизводятся намного более медленно, однако если
им дать достаточно времени, они также могли бы превзойти любой конечный источник
ресурсов. Беспокойство о росте населения никогда не потеряет своей важности.
Забота о том, как контролировать новые быстрые репликаторы, скоро станет
действительно важной.
Молекулы и небоскребы
Машины, способные схватить и куда-то поместить отдельные атомы будут способны
строить почти все что угодно, связывая нужные атомы вместе нужным образом, как я
это описал в конце Главы 1. Безусловно, строительство больших объектов по одному
атому будет медленным.
Репликаторы будут производить ассемблеры тоннами, но чтобы быстро создавать
большие объекты, должно сотрудничать большое число ассемблеров. Действительно,
при правильной конструкции различие между ассемблерной системой и репликатором
будет заключаться целиком в программе ассемблера.
Если самовоспроизводящийся ассемблер может сделать свою копию за тысячу секунд,
то его можно запрограммировать, чтобы он построил что-нибудь ещё своего размера
с той же скоростью. Точно так же тонна репликаторов может быстро построить тонну
чего-нибудь ещё - и продукт будет иметь все свои миллиарды миллиардов миллиардов
атомов в правильных местах (или с небольшой долей расположенных ошибочно).
Для того чтобы понять способности и ограничения этого метода сборки больших
объектов, представьте себе плоский лист, покрытый маленькими сборочными
манипуляторами - может быть армией репликаторов, запрограммированных для
строительных работ и выстроившихся правильными рядами. Конвейеры и каналы связи
за ними снабжают их молекулами для реакций, энергией и инструкциями по сборке.
Если каждый манипулятор занимает площадь в 100 атомных диаметров, то позади
каждого ассемблера будет место для конвейеров и каналов в сумме приблизительно в
10,000 атомов площади по диагонали поперечного сечения.
Похоже, этого места достаточно. Место в десять или двадцать атомов шириной может
вмещать конвейер (возможно основанный на молекулярных поясах и шкивах). Канал в
несколько атомов шириной может содержать молекулярный стержень, который, подобно
стержням в механическом компьютере, упомянутым в главе 1, будет толкать и
тянуть, чтобы передавать сигналы. Все манипуляторы будут работать вместе для
построения широкой, твердой структуры слой за слоем. Каждый манипулятор будет
ответственен за собственную область, работая приблизительно с 10,000 атомами на
слой. Лист ассемблеров, обрабатывающий 1,000,000 атомов в секунду на один
манипулятор, закончит приблизительно одну сотню атомных слоев в секунду. Это
может казаться слишком быстрым, но с этой скоростью, наращение толщины бумажного
листа будет занимать около часа, а создание плиты толщиной в метр займет в год.
Более быстрые манипуляторы могли бы ускорить сборку до более чем метра в день,
но они также и выделят больше ненужного тепла. Если они могли бы строить слой
толщиной в метр за день, высокая температура от одного квадратного метра могла
бы поджаривать одновременно сотни бифштексов и могла бы поджарить также и
молекулярные машины.
Представьте себе попытку построить дом путем склеивания отдельных зерен песка.
Добавление слоя зерен могло бы занять у машин, склеивающих зерна, так много
времени, что выращивание стен дома будет занимать десятилетия. Теперь
представьте себе, что машины на фабрике вначале склеивают зерна в кирпичи.
Фабрика может работать сразу со многими кирпичами. С достаточным количеством
машин, склеивающих зерна, кирпичи могли бы вырастать быстро. Складывая уже
собранные кирпичи, сборщики стен могли бы далее быстро строить стены. Аналогично
молекулярные ассемблеры будут работать вместе с большими ассемблерами, которые
будут быстро строить большие объекты: машины могут быть любого размера - от
молекулярного до гигантского. При таком подходе большая часть тепла, выделяемого
при сборке, будет рассеиваться далеко от места сборки.
Строительство небоскреба и архитектура живого предлагают аналогичный способ
строить большие объекты. Большие растения и животные имеют сосудистые системы,
сложные системы каналов, которые несут материалы к молекулярным машинам,
работающим везде в их тканях. Подобным образом после того как сборщики закончат
каркас небоскреба, "сосудистая система" здания - эскалаторы и коридоры, с
помощью кранов - будут переносить строительные материалы к рабочим по всему
внутреннему объему здания. Сборочные системы также могли бы использовать эту
стратегию, вначале возводя леса и далее работая внутри по всему объему, соединяя
материалы, принесенные по каналам извне.
Представьте себе этот подход, работающий внутри чана на промышленном предприятии
и используемый для "выращивания" большого двигателя ракеты. Чан - сделанный из
блестящей стали, со стеклянным окном для удобства посетителей возвышается выше
человеческого роста, поскольку он должен содержать законченный двигатель. Трубы
и насосы связывают его с другим оборудованием и с теплообменниками с водяным
охлаждением. Такое устройство позволяет оператору пропускать через чан различные
жидкости.
Для того чтобы начать процесс, оператор откидывает крышку чана, и опускает в
него опорную плиту, на которой будет строиться двигатель. Далее крышка опять
плотно закрывается. По нажатию кнопки насосы затопляют емкость густой молочной
жидкостью, которая затопляет плиту и делает неясным видное в окошко. Эта
жидкость течет из другого чана, в котором воспроизводящиеся ассемблеры вырастили
и перепрограммировали, заставив их скопировать и распространить новую ленту
инструкций (немного похоже на заражение бактерии вирусом). Такие новые
ассемблерные системы, меньшие, чем бактерия, рассеивают свет и из-за этого
жидкость выглядит молочной. То, что они в жидкости преобладают, делает её
густой.
В центре опорной плиты, глубоко в кружащейся, загруженной ассемблерами жидкости,
находится "семя". Оно содержит нанокомпьютер с хранящимися планами машины, а на
его поверхности находятся места, к которым прикрепляются ассемблеры. Когда
ассемблер прилипает к нему, они соединяются друг с другом и семя-компьютер
передает инструкции компьютеру ассемблера. Такое программирование сообщает ему,
где он находится по отношению к семени, и дает ему команду протянуть свои
манипуляторы и зацепить другие ассемблеры. Далее они подключаются и
программируются подобным образом. Подчиняясь инструкциям, получаемым от семени
(которые распространяются через расширяющуюся сеть ассемблеров) из хаоса
жидкости растет что-то вроде кристалла, состоящего из ассемблеров. Поскольку
каждый ассемблер знает свое место в плане, он зацепляет другие ассемблеры только
когда необходимо. Так образуется структура менее правильная и более сложная, чем
естественный кристалл. За несколько часов каркас из ассемблеров вырастает так,
что уже соответствует планируемой конечной форме ракетного двигателя.
Затем насосы чана возвращаются к жизни, заменяя молочную жидкость одиночных
ассемблеров чистой смесью органических растворителей и растворенных веществ,
включая алюминиевые сплавы, компоненты, обогащенные кислородом, и компоненты,
служащие в качестве топлива для ассемблеров. По мере того, как жидкость
становится более прозрачной, форма двигателя ракеты становится видимой через
окно, напоминая модель в полном масштабе, вылепленную в прозрачной белой
пластмассе. Затем, сообщение, распространяющееся от семени, предписывает нужным
ассемблерам освободить своих соседей и свернуть свои манипуляторы. Они
вымываются из структуры быстрой белой лентой, оставляя прочную структуру
связанных ассемблеров, оставляя теперь достаточно пространства для работы.
Очертания двигателя в чане вырастают почти прозрачными, с небольшой радужностью.
Каждый остающийся ассемблер, хотя все ещё связанный с соседями, теперь окружен
крошечными заполненными жидкостью каналами. Специальные манипуляторы на
ассемблерах работают подобно жгутам, подхлестывая жидкость и способствуя её
распространению через каналы. Такие движения, подобно всем остальным,
выполняемым ассемблерами, питаются энергией молекулярных машин, для которых
служат топливом молекулы в жидкости. Также как растворенный сахар дает энергию
дрожжам, эти растворенные химические вещества дают энергию ассемблерам. Эта
текущая жидкость подносит свежее топливо и растворяет сырые строительные
материалы; вытекая обратно, она уносит выработанное тепло. Сеть коммуникаций
распространяет инструкции для каждого ассемблера.
Ассемблеры теперь готовы начать строить. Они должны построить двигатель ракеты,
состоящий главным образом из труб и насосов. Это означает построить прочные,
легкие структуры сложных форм, некоторые из которых способны выдерживать очень
высокую температуру, некоторые содержат внутри трубки, по которым течет
охлаждающая жидкость. Там, где нужно очень большое усилие, ассемблеры начинают
делать прутки из переплетающихся волокон углерода, в их алмазной форме. Из этого
они строят структуру, приспособленную, чтобы выдерживать ожидаемый тип нагрузки.
Там, где важно сопротивление температуре и коррозии, они строят аналогичные
структуры из оксида алюминия в его сапфировой форме. В местах, где нагрузки
будут низки, ассемблеры сберегают массу, оставляя более широкие пустые
пространства. В местах, где нагрузка будет высокой, ассемблеры укрепляют
структуру до тех пор, пока остающиеся пространства едва достаточны, чтобы сами
ассемблеры могли двигаться. В других местах ассемблеры кладут другие материалы
для того, чтобы образовать сенсоры, компьютеры, моторы, соленоиды и все
остальное, что необходимо.
Для того чтобы закончить свою работу, они строят стенки, разделяющие остающиеся
пространства в каналах в почти запечатанные ячейки, затем отходят к последним
открытым местам и выкачивают оставшуюся внутри жидкость. При запечатывании
пустых ячеек, они полностью уходят из строящегося объекта и уплывают в
циркулирующей жидкости. Наконец, чан опустевает, пульверизатор омывает
двигатель, крышка открывается и внутри возвышается готовый двигатель, который
сохнет. Его создание потребовало менее дня и почти никакого человеческого
внимания.
На что похож этот двигатель? Это не массивный кусок сваренного и скрепленного
болтами металла, он без швов, подобный драгоценному камню. Его пустые внутренние
ячейки, построенные в ряды, находящиеся примерно на расстоянии длины волны света
друг от друга, имеют побочный эффект: подобно углублениям на лазерном диске они
преломляют свет, показывая различную радужность подобно огненному опалу. Такие
пустые пространства облегчают структуру, уже сделанную из самых легких и прочных
известных материалов. В сравнении с современными металлическими двигателями,
этот усовершенствованный двигатель будет иметь возможно более чем на 90
процентов меньшую массу.
Ударьте слегка по нему, и он отзовется как колокольчик удивительно высокого для
своего размера тона. Установленный в космическом корабле, сделанном тем же
способом, он легко поднимет его со взлетно-посадочной полосы в космос и вернет
снова назад. Он выдерживает длительное и интенсивное использование, потому что
прочные материалы позволили разработчикам включать большие запасы прочности.
Благодаря тому что ассемблеры позволили проектировщикам делать его материал
таким, что он при приложении усилия течет до того, как ломается (оплавляя
трещины и останавливая их распространение), двигатель не только прочен, но и
износостоек.
При всем своем превосходстве, этот двигатель по сути вполне обычен. В нем просто
заменили плотный металл тщательно устроенными структурами из легких, прочно
связанных атомов. В конечном продукте никаких наномашин нет.
Более продвинутые проекты будут использовать нанотехнологию более
фундаментально. Они могли бы оставлять в создаваемом объекте сосудистую систему
для обеспечения ассемблерной и дизассемблерной систем; их можно
запрограммировать на восстановление изношенных частей. Пока пользователи
снабжают подобный двигатель энергией и сырьем, он будет обновлять свою
собственную структуру. ещё более продвинутые двигатели могут быть буквально
гибкими. Ракетные двигатели работают наилучшим образом, если они могут принимать
различную форму при различных режимах функционирования, но сейчас инженеры не
могут сделать обычный металл прочным, легким и при этом гибким. С
нанотехнологией, однако, структура более прочная, чем сталь, и более легкая, чем
дерево, могла бы изменять свою форму, подобно мускулу (работая как мускул по
принципу скользящих волокон). Двигатель мог бы тогда расширяться, сжиматься и
изгибаться таким образом, чтобы обеспечивать требуемую силу тяги в требуемом
направлении при различных условиях. С запрограммированными нужным образом
ассемблерами и дизассемблерами, он мог бы даже изменять свою структуру через
длительное время после того, как покинул чан, в котором рос.
Короче говоря, воспроизводящиеся ассемблеры будут копировать себя тоннами, потом
делать другие продукты, такие как компьютеры, двигатели ракет, стулья и т.д. Они
будут делать дизассемблеры, способные разрушить скалу, чтобы получить из нее
сырье. Они будут делать коллекторы солнечной энергии, чтобы обеспечивать себя
энергией. Хотя сами они маленькие, строить они будут большое. Группы наномашин в
природе строят китов, и рассеивают зерна самовоспроизводящихся машин, и
организуют атомы в огромные структуры целлюлозы, выстраивая такого гиганта, как
калифорнийское мамонтовое дерево. Нет ничего удивительного в выращивании
ракетного двигателя в специально подготовленном чане. Действительно, лесники,
если им дать подходящие "семена" ассемблеров, могли бы выращивать космические
корабли из земли, воздуха и солнечного света.
Ассемблеры будут способны делать практически все что угодно из обычных
материалов без использования человеческого труда, заменяя дымящие фабрики
системами, чистыми как лес. Они в корне преобразуют технологию и экономику,
открывая нам новый мир возможностей.
Глава 5. ДУМАЮЩИЕ МАШИНЫ
Мир стоит на пороге второго компьютерного века. Новая технология, выходящая
сейчас из лаборатории, начинает превращать компьютер из фантастически быстрой
вычислительной машины в устройство, которое подражает человеческому процессу
мышления, давая машинам способность рассуждать, производить суждения, и даже
учиться. Уже этот "искусственный интеллект" выполняет задачи, которые, как
когда-то думали, под силу только человеческому интеллекту...
"БИЗНЕС УИК"
КОМПЬЮТЕРЫ появились из глубин лабораторий, чтобы помочь писать, считать и
играть дома и в офисе. Такие машины выполняют простые, повторяющиеся задачи, но
машины, которые пока ещё в лабораториях, делают намного больше. Исследователи
искусственного интеллекта говорят, что компьютеры могут быть умными и все
меньшее и меньшее количество людей с этим не соглашается. Для того чтобы понять
наше будущее, мы должны понять, также ли невозможен искусственный интеллект, как
полет на Луну.
Думающие машины не обязаны походить на людей по форме, назначению, или
умственным умениям. Действительно, некоторые системы искусственного интеллекта
не покажут черт умного дипломированного специалиста-гуманитария, но зато будут
служить как мощные машины для проектирования. Тем не менее, понимание того, как
человеческий разум эволюционировал из бессознательной материи, прольет свет на
то, как можно заставить машины думать. Разум, подобно другим формам порядка,
эволюционировал путем вариации и отбора.
Разум действует. Не нужно изучить скиннеровский бихевиоризм, чтобы понять
важность поведения, включая внутреннее поведение, называемое мышлением. РНК,
копирующееся в испытательных пробирках, показывает, как идея цели может
применяться (как своего рода стенография) к молекулам, совершенно не имеющим
разума. У них нет нервов и мускулов, но они развились, чтобы "вести себя" так,
как это способствует их воспроизводству. Вариация и селекция сформировали
поведение каждой молекулы, которое остается постоянным на протяжении всей её
"жизни".
Отдельные молекулы РНК не приспосабливаются, но бактерии это делают. Конкуренция
выделила бактерии, которые приспосабливаются к изменениям, например, подстраивая
свой набор пищеварительных ферментов под имеющуюся в наличии пищу. Однако сами
эти механизмы адаптации постоянны: молекулы пищи переключают генетические
переключатели так же, как холодный воздух переключает термостат.
Некоторые бактерии также используют примитивную форму управления поведением по
методу проб и ошибок. Бактерии этого вида имеют тенденцию плавать по прямым
линиям, и имеют ровно столько "памяти", чтобы знать, улучшаются ли окружающие
условия или ухудшаются по направлению их движения. Если они ощущают, что условия
улучшаются, они продолжают двигаться вперед. Если они чувствуют, что условия
становятся хуже, они останавливаются, переворачиваются и направляются в
случайном, обычно ином, направлении. Они исследуют направления, и отдают
предпочтение хорошим, отвергая плохие. И поскольку это заставляет их мигрировать
в направлении больших концентраций молекул пищи, они выжили.
У плоских червей нет мозга, однако они показывают способность к настоящему
обучению. Они могут учиться выбрать правильную дорожку в простом T-образном
лабиринте. Они пробуют повернуть налево и направо, и постепенно выбирают
поведение или формируют привычку, которая дает лучший результат. Этот выбор
поведения психологи-бихевиористы называют "законом последствий".
Эволюционирующие гены вида червя произвели отдельных червей с эволюционирующим
поведением.
Однако черви, обученные ползать по лабиринту (даже голуби Скиннера, обученные
клевать, когда загорается зеленый свет) не выявляют никакого признака
рефлексивной мысли, которую мы ассоциируем с понятием разум. Организмы,
приспосабливающиеся только через простой закон последствий, учатся только
методом проб и ошибок, варьируя и выбирая действительное поведение - они не
думают вперед и не принимают решений. Однако естественный отбор часто поощрял
организмы, которые могли думать. Мышление не содержит волшебства. Как отмечает
Даниель Деннетт из Туфтского университета, гены в результате эволюции могут
обеспечивать мозг животных внутренними моделями того, как устроен мир (нечто
подобное моделям в автоматизированных системах проектирования). Такие животные
могут "воображать" различные действия и последствия, избегая действий, которые
"выглядят" опасными и выполняя действия, которые "выглядят" безопасными и
выгодными. Испытывая идеи относительно этих внутренних моделей, они могут
избегать усилий и риска проверки различных действий во внешнем мире.
Деннетт далее указывает, что закон последствий может изменять сами модели. Также
как гены могут обеспечивать эволюционирующее поведение, они могут и
предусматривать эволюционирующие умственные модели. Гибкие организмы могут
изменить свои модели и уделять больше внимания версиям, которые показали, что
они служат лучшим руководством к действию. Все мы знаем, что значит пробовать
разные вещи, и выяснять, какие из них работают. Модели не обязательно должны
быть инстинктивными; они могут развиваться в течение одной жизни.
Бессловесные животные, однако, редко передают свое новое понимание. Оно исчезает
с мозгом, который вначале их произвел, потому что накопленные умственные модели
не отпечатываются в гены. Однако даже безмолвные животные могут подражать друг
другу, порождая мимы и культуры. Самка обезьяны в Японии изобрела способ
использовать воду для отделения зерен от песка; другие быстро научились делать
то же самое. В человеческих культурах, с их языком и картинками, ценные новые
модели того, как работает мир, могут переживать своих создателей и
распространяться по всему миру.
Еще на более высоком уровне, разум ("разум" теперь уже подходящее слово) может
содержать эволюционирующие стандарты для оценки, являются ли части модели (идеи,
входящие в мировоззрение) достаточно надежными, чтобы направлять действие.
Разум, таким образом, выбирает собственное содержание, включая правила отбора.
Правила суждений, которые отфильтровывают содержание науки, развились именно
таким образом.
Как эволюционируют поведение, модели, и стандарты для знания, так могут
эволюционировать и цели. То, что приносит хорошее, как оно оценивается по какимто более базовым стандартам, в конечном счете начинает казаться хорошим - тогда
оно становится целью само по себе. Честность окупается, и поэтому становится
ценным принципом поведения. По мере того как мысли и умственные модели
направляют действие и дальнейшие мысли, мы приобретаем четкость мышления и
точность умственных моделей как цели сами по себе. Растет любопытство и с ним
любовь к знаниям – тоже сама по себе. Эволюция целей, таким образом, продвигает
и науку, и этику. Как писал Чарльз Дарвин: "наивысшая возможная стадия в
моральной культуре - это когда мы поймем, что мы должны контролировать свои
мысли". Мы также достигаем этого путем вариации и селекции, сосредотачиваясь на
ценных мыслях и позволяя остальным уходить из поля внимания.
Марвин Мински (лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского
технологического института) рассматривает разум как своего рода общество,
развивающуюся систему сообщающихся, сотрудничающих и конкурирующих агентов,
каждый из которых состоит из ещё более простых агентов. Он описывает размышление
и действие в терминах деятельности этих агентов. Некоторые из них могут делать
не многим более, чем управлять рукой, чтобы схватить чашку; другие (намного
более сложные) управляют речевой системой тогда, когда она подбирает слова в
очень неприятной ситуации. Мы не осознаем управление нашими пальцами, когда они
охватывают чашку именно так, а не иначе. Мы поручаем подобные задания
компетентным агентам и редко замечаем их, если они не ошибаются. Мы все
чувствуем конфликтующие побуждения и делаем обмолвки; это - симптомы разногласия
между различными агентами разума. Наше осознание этого - саморегулирующий
процесс, посредством которого наши самые главные агенты управляют всеми
остальными.
Мимы могут рассматриваться как агенты разума, которые сформированы обучением и
подражанием. Для того чтобы почувствовать, что две идеи противоречат, вы должны
внедрить обе в качестве агентов в ваш разум - хотя одна может быть старой,
сильной и поддерживаться союзниками, а другая - новая идея-агент, которая может
не выжить уже после первой своей битвы. Благодаря нашей сверхъестественной
способности себя осознавать мы часто пытаемся понять, откуда появилась та или
иная идея в нашей голове. Некоторые люди воображают, что эти мысли и ощущения
приходят прямо из агентов, находящихся вне их умов; они склоняются к вере, что
мысли могут плавать вне человеческого разума и временами в него входить.
В Древнем Риме люди верили в "гениев", в добрых и злых духов, посещающих
человека от рождения до смерти, принося удачу и невезение. Они приписывали
выдающийся успех специальному "гению". И даже теперь, люди, которые не в
состоянии понять, как естественный процесс порождает новизну, считают "гений"
формой волшебства. Но на самом деле эволюционирующие гены сделали разум, который
расширяет свое знание, варьируя структуры идей и производя их селекцию. Со своей
быстрой вариацией и эффективной селекцией, ведомый знанием, полученным от других
- почему же подобный ум не должен проявить то, что мы называем гением?
Рассмотрение интеллекта как естественного процесса делает машины менее
волшебными. Это также дает представление, как они могли бы работать.
Машинный интеллект
Одно из словарных определений "машины" – это любая система или устройство, такое
как электронно-вычислительная машина, которая исполняет или помогает в
выполнении человеческой задачи. Но вот вопрос - как много человеческих задач
будут способны выполнять машины? Вычисление было однажды интеллектуальной
задачей, на которую машины были не способны - оно было только в компетенции
умных и образованных людей. Сегодня никто не думает называть карманный
калькулятор искусственным интеллектом; вычисление сейчас выглядит "просто"
механической процедурой.
Также и идея о создании обычных компьютеров когда-то была шокирующей. К середине
19 века, тем не менее, Чарльз Бэббидж построил механические калькуляторы и часть
программируемого механического компьютера; однако, он столкнулся с финансовыми
трудностями и сложностями, связанными со строительством машины. Некий доктор Юнг
тоже совсем не помог: он утверждал, что было бы дешевле инвестировать деньги и
на проценты оплатить людей-калькуляторов. Также не помог и британский
королевский астроном, сэр Джорж Эари - запись в его дневнике гласит, что "15
сентября мистер Гулберн... спросил мое мнение по поводу полезности
вычислительной машины Бэббиджа... Я ответил, хорошо вникнув в суть вопроса, что
мое мнение - она бесполезна".
Машина Бэббиджа была впереди своего времени - это значит, что строя ее, её
создатели были должны продвинуть искусство создания точных частей. В
действительности она не очень превзошла бы скорость тренированного человекавычислителя - но она была бы более надежна и легче поддавалась бы улучшениям.
История компьютеров и искусственного интеллекта (известного как ИИ) походит на
историю полета в воздухе и полетов в космос. До недавнего времени люди отклоняли
обе идеи как невозможные - обычно это значит, что они не могли понять, как их
воплотить, или были бы расстроены, если могли бы. И пока что ИИ не имеет простой
окончательной демонстрации, ничего подобного работающему аэроплану или
приземлению на Луну. Он прошел длинный путь, но люди продолжают изменять свои
определения интеллекта.
Не считая сообщения в печати о "гигантских электронных мозгах", немного людей
называли первые компьютеры интеллектуальными. Действительно, само название
"компьютер" предполагает простую арифметическую машину. Однако в 1956 году, в
Дартмаусе, в ходе первой всемирной конференции по искусственному интеллекту,
исследователи Алан Ньюил и Герберт Симон представили Логического Теоретика,
программу, которая доказывает теоремы в символической логике. В более поздние
годы компьютерные программы играли в шахматы и помогали химикам определять
молекулярные структуры. Две медицинские программы - CAS NET и MYCIN (первая
работает с внутренними органами, вторая имеет дело с диагностикой и лечением
инфекций), работали впечатляюще. Согласно "Руководству по искусственному
интеллекту", качество их работы "расценивалось, по экспериментальным оценкам, на
уровне человека-эксперта в соответствующей области". Программа, называемая
"PROSPECTOR" ("Разведчик") обнаружила в штате Вашингтон залежи молибдена
стоимостью в миллионы долларов.
Эти так называемые "экспертные системы" преуспевают только в пределах строго
ограниченных областей знаний, но они повергли бы в изумление программистов
компьютеров начала 1950-ых. Сегодня, однако, немного людей полагают, что они
будут реальным искусственным интеллектом: ИИ был движущейся целью. Отрывок из
"Бизнес уик", процитированный выше, показывает только, что в компьютеры можно
сейчас вложить достаточно знаний для того чтобы выполнять достаточно причудливые
трюки - такие что некоторые люди уже чувствуют удобным называть их
интеллектуальными. Годы наблюдения на экране телевизоров вымышленных роботов и
говорящих компьютеров сделали, по крайней мере, идею ИИ знакомой.
Главная причина для объявления ИИ невозможным всегда была мысль, что "машины"
являются по сути своей глупыми, идея, которая теперь начинает угасать. Машины
прошлого действительно были большими и неуклюжими, делающими простую грубую
работу. Но компьютеры обращаются с информацией, следуют сложным инструкциям, и
могут быть запрограммированы, чтобы изменять свои собственные инструкции. Они
могут экспериментировать и учиться. Они содержат не зубчатые колеса и смазку, но
провода и недолговечные структуры электрической энергии. Как Дуглас Хофстадтер
настаивает, "Почему бы вам не дать слову "машина" вызывать образы структур из
танцующего света, а не гигантские лопатки паровой турбины?"
Поверхностные критики, противостоящие идее искусственного интеллекта, часто
указывают на глупость существующих компьютеров, как будто это что-то доказывает
относительно будущего. (Будущая машина может также задаваться вопросом, а были
ли такие критики искренни). Их возражение неуместно - паровой локомотив не
летал, хотя он показал механические принципы, использованные позже в двигателях
самолетов. Подобным образом ползающие черви предыдущей эпохи не выказывали
никакого заметного интеллекта, однако наш мозг использует нейроны во многом
подобные их нейронам.
Случайные критики также избегают думать серьезно об ИИ, заявляя, что вероятно мы
не можем построить машины более умные, чем мы сами. Они забывают, что показывает
история. Наши отдаленные бессловесные предки сумели произвести существа с
большим интеллектом путем эволюции генов, даже не думая об этом. Но мы думаем об
этом, и мимы технологии эволюционируют намного быстрее, чем биологические гены.
Несомненно, мы сможем построить машины со способностями (более похожими на
человеческие) учиться и организовывать знания.
Кажется, есть только одна идея, которая могла бы служить доводом в пользу
невозможности заставить структуры мысли двигаться в направлении новых форм
материи. Это - идея ментального материализма, концепция, что разум - это особое
вещество, которое некоторым образом находится выше возможности его
воспроизвести, скопировать или технологически использовать.
Психологи не видят никакого доказательства существования такого вещества, и не
находят никакой необходимости в ментальном материализме для объяснения разума.
Поскольку сложность мозга пока выше полного его понимания, он кажется достаточно
сложным для копирования и реализации разума. Действительно, если отдельный
человек мог бы полностью понять мозг, это сделало бы мозг менее сложным, чем
разум этого человека. Если бы миллиарды людей на Земле могли бы скооперироваться
в простом наблюдении деятельности одного человеческого мозга, каждый человек был
бы должен наблюдать десятки тысяч активных синапсов одновременно - явно
невозможная задача. Для одного человека попробовать понять мерцающие рисунки
мозга как целое было бы в миллиард раз более абсурдным. Однако механизм нашего
мозга превышает способность нашего разума его осознать (механизм выглядит
достаточно сложным, чтобы быть базой для самого разума).
Цель Тьюринга
В 1950 году в докладе по машинному интеллекту, британский математик Алан Тьюринг
писал: Я полагаю, что к концу столетия использование слов и общественное мнение
среди образованных людей изменятся настолько сильно, что каждый будет способен
говорить о машинном мышлении, не ожидая того, что ему начнут противоречить". Но
это будет зависеть от того, что мы называем мышлением. Некоторые говорят, что
только люди могут думать, а компьютеры не могут быть людьми; на сем они,
удовлетворенные собой, откидываются на спинку стула.
Но в своей бумаге, Тьюринг задался вопросом, как мы оцениваем человеческий
интеллект, и предложил мысль, что мы обычно оцениваем людей по тому, как хорошо
они говорят. Он предложил то, что он назвал игрой-имитацией, которую теперь все
называют тестом Тьюринга. Представьте себе, что вы находитесь в комнате, и
можете связаться через терминал с человеком и компьютером в двух других
комнатах. Вы печатаете сообщения; а человек и компьютер могут отвечать. Каждый
из них пытается действовать умно и как человек. После длительной беседы с ними с
помощью клавиатуры, возможно затрагивая литературу, искусство, погоду, и какой
вкус во рту с утра, может так случиться, что вы не сможете сказать, кто из них
человек, а кто - машина. Если машина могла бы разговаривать так на регулярной
основе, то Тьюринг предлагает мысль, что мы могли бы её считать действительно
интеллектуальной. Также, мы должны были бы признать, что она знала достаточно
много о человеческих существах.
Для большинства практических целей, нам не нужно задаваться вопросом, сможет ли
машина осознавать себя, то есть иметь сознание. "Действительно, критики, которые
заявляют, что машины не могут осознавать, похоже, никогда не способны определить
вполне отчетливо, что они подразумевают под этим термином. Осознание себя,
появившееся в процессе эволюции для того, чтобы руководить мыслью и действием,
не просто украшение нашей человеческой природы. Вы должны знать о других людях,
об их способностях и склонностях, чтобы строить планы, которые их включают.
Подобным образом мы должны знать себя, о наших способностях и склонностях, чтобы
создавать планы, связанные с нами самими. В осознании себя нет никакой особой
тайны. То, что мы называем собой, реагирует на впечатления, получаемые из всего
остального разума, координируя некоторые из его видов деятельности; это делает
его ничем не больше (и не меньше), как особой составляющей сложного рисунка
мыслей. Идея, что Я - это структура в особом веществе разума (отличном от
вещества разума мозга) ничего не объяснило бы насчет самосознания.
Машина, пытающаяся преодолеть испытание Тьюринга, конечно, утверждала бы, что
осознает себя. Убежденные биошовинисты просто сказали бы, что она бы лгала или
запуталась. Пока они отказываются сказать, что они подразумевают под сознанием,
никогда нельзя будет доказать, что они не правы. Тем не менее, называть их
сознательными или нет, интеллектуальные машины будут все равно действовать
интеллектуально, и это - их действия, которые затронут нас. Возможно, они
однажды опозорят биошовинистов и заставят их замолчать страстной аргументацией,
с помощью блестящей кампании по связям с общественностью.
Ни одна машина пока не может пройти тест Тьюринга, и ни одна, вероятно, это не
сделает в ближайшее время. Кажется мудрым спросить, есть ли хорошее основание
даже пробовать: мы можем извлекать больше пользы от преследующих другие цели
исследований ИИ.
Разрешите различить два вида искусственного интеллекта, хотя некая конкретная
система могла бы проявлять оба вида. Первый вид - это технический ИИ,
приспособленный иметь дело с физическим миром. Усилия в этой области ведут к
автоматизированному проектированию и научному исследованию. Второй вид социальный ИИ, приспособленный иметь дело с человеческими умами. Усилия в этой
сфере ведут к машинам, способным пройти тест Тьюринга.
Исследователи, работающие над системами социального ИИ, на пути к цели узнают
много о человеческом разуме, и их системы будут, несомненно, иметь большую
практическую ценность, поскольку все мы можем выиграть от умной помощи и совета.
Но автоматизированное проектирование, основанное на техническом ИИ будет иметь
большее влияние на гонку технологий, включая молекулярную технологию. И может
быть легче разработать продвинутую систему автоматизированного проектирования,
чем систему, способную пройти тест Тьюринга, которая должна не только владеть
знаниями и интеллектом, но должна подражать человеческому знанию и человеческому
интеллекту - особая, более сложная задача.
Как Тьюринг спросил, "Разве машины не могут делать что-то, что должно быть
описано как мышление, но которое очень отличается того, что делает человек?"
Хотя некоторые авторы и политические деятели могут отказываться признать
машинный интеллект, пока они не столкнутся с говорящей машиной, способной пройти
тест Тьюринга, многие инженеры признают интеллект в других формах.
Машины проектирования
Мы достаточно далеко продвинулись на пути к автоматизированной разработке.
Разработчики экспертных систем продают системы, которые помогают людям решать
практические проблемы. Программисты создали автоматизированные системы
проектирования, которые воплощают знания о формах и видах движения, нагрузке и
напряжении, электронных схемах, потоках тепла, а также о том, как именно машины
придают форму металлу. Разработчики используют эти системы, чтобы обогатить свои
умственные модели, ускоряя эволюцию ещё не построенных конструкций. Вместе,
разработчики и компьютеры создают интеллектуальные «полуискусственные» системы.
Инженеры могут использовать широкое разнообразие компьютерных систем для помощи
в своей работе. На одном конце спектра работ, они используют экраны компьютера
просто как доски для рисования. Далее по этому спектру, они используют системы,
способные описывать детали в трех измерениях и вычислять их реакцию на тепло,
нагрузку, электрический ток и т.д. Некоторые системы также знают о
производственном оборудовании, управляемом компьютером, позволяя инженерам
делать моделированные тесты инструкций, которые будут позже направлять
контролируемые компьютером машины на производство реальных деталей. Но на самом
конце этого спектра системы включают использование компьютеров не только для
записи и тестирования различных конструкций, но и для их создания.
Программисты уже сейчас разработали свои наиболее впечатляющие инструменты для
использования в компьютерном бизнесе. Пример - программное обеспечение для
проектирования чипа. Чипы интегральной схемы сейчас содержат тысячи транзисторов
и соединений. Разработчики когда-то были вынуждены работать в течение многих
месяцев, чтобы разработать схему для выполнения определенной работы, и
расположить её детали по поверхности чипа. Сегодня они могут поручить эту задачу
так называемому "силиконовому компилятору". Имея спецификацию функции чипа, эти
системы программ могут производить разработку схемы, готовой для производства, с
небольшой или вообще без человеческой помощи.
Все эти системы основываются целиком на человеческом знании, тщательно собранном
и закодированном. Наиболее гибкие автоматизированные системы проектирования
могут варьировать предложенный проект для поиска усовершенствований уже сегодня,
но они не узнают ничего применимого к следующему проекту. Отличается только
EVRISKO, разработанная профессором Дугласом Ленатом и другими в Стэндфордском
университете. Она предназначена для исследования новых областей знания. Она
управляется эвристиками - кусочками знания, которые подсказывают возможные
действия, которым можно следовать, или такие, которые нужно избегать; по сути
это различные правила. Она использует эвристики, чтобы подсказывать темы, над
которыми нужно работать, и другие эвристики, чтобы подсказывать, какие подходы
попробовать и как оценить результаты. ещё одни эвристики ищут устойчивые
структуры в результатах, предлагая новые эвристики, и ранжируют ценность и
новых, и старых эвристик. Таким образом, EVRISKO вырабатывает лучшее поведение,
лучшие внутренние модели и лучшие правила выбора между внутренними моделями. Сам
Ленат описывает вариацию и отбор эвристик и принципов в системе терминов
"мутация" и "селекция", и подсказывает социальные, культурные метафоры для
понимания их взаимодействия.
Поскольку в EVRISKO эвристики эволюционируют и конкурируют, имеет смысл ожидать,
что появятся паразиты. Одна произведенная машиной эвристика, например,
повысилась до самой высокой возможной оценки ценности, заявляя, что она помогла
открыть каждую ценную новую догадку. Профессор Ленат работал близко с EVRISKO,
улучшая её умственную иммунную систему, давая ей эвристики для отсеивания
паразитов и избегания глупых линий рассуждения.
EVRISKO использовалась для исследования элементарной математики,
программирования, биологической эволюции, игр, трехмерной конструкции
интегральных схем, сбора нефтяных пятен, слесарного дела, и, конечно, самих
эвристик. В некоторых областях она поразила своих проектировщиков новыми идеями,
включая новые электронные устройства в возникающей технологии 3-мерных
интегральных схем.
Результаты турнира иллюстрируют мощь команды, состоящей из людей и машин с ИИ.
Traveller TCS - футуристическая игра в войну на море, включающая две сотни
страниц правил, которые определяют конструкцию, стоимость и ограничения
возможностей для флота ("TCS" расшифровывается как Trillion Credit Squadron "Эскадра, стоящая триллион"). Профессор Ленат дал EVRISKO эти правила, набор
стартовых эвристик и программу для моделирования битвы между двумя флотами. Он
сообщает, что "затем она разрабатывала флот за флотом, используя симулятор как
механизм "естественного отбора" по мере того, как она разрабатывала все лучшие и
лучшие проекты флота". Программа работала всю ночь, разрабатывая, тестируя и
извлекая уроки из результатов. Утром Ленат отбраковал плохие проекты и помог их
улучшить. Он приписывает около 60 процентов результатов себе и около 40
процентов - EVRISKO.
Ленат и EVRISKO вступили в национальный турнир 1981 года по игре Traveller TCS
турнир с флотом, выглядящим странно. Другие соперники над ним смеялись, но затем
ему проиграли. Флот Ленат/EVRISKO выиграл все раунды, став национальным
чемпионом. Как Ленат замечает, "Эта победа становится ещё более значительной
благодаря тому факту, что никто, кто делал эту программу, никогда не играл в эту
игру до турнира, не видел, как в нее играют, и не было ни одного тренировочного
раунда".
В 1982 спонсоры соревнования изменили правила. Ленат и EVRISKO пришли с очень
отличающимся от предыдущего флотом. Другие соперники снова смеялись над ним, но
затем проиграли. Ленат и EVRISKO снова выиграли национальное первенство.
В 1983 спонсоры соревнования сказали Ленату, что, если он вступит и победит
снова, соревнование будет отменено. Ленат откланялся.
EVRISKO и другие программы ИИ показывают, что компьютеры не обязаны
ограничиваться скучной, повторяющейся работой, если им представляют её в
правильном виде. Они могут исследовать возможности и открывать новые идеи,
которые удивляют их создателей. EVRISKO имеет недостатки, однако она указывает
путь к чему-то вроде партнерства, в котором и система ИИ, и человек-эксперт
вкладывают и знание, и творчество в процесс разработки.
В следующие годы, подобные системы преобразят инжиниринг. Разработчики будут
работать в творческом партнерстве со своими машинами, используя программное
обеспечение, выросшее из сегодняшних автоматизированных систем проектирования
для выполнения моделирования, и используя эволюционирующие, EVRISKO-подобные
системы для генерации предложений, какие конструкции моделировать. Инженеры
будут сидеть у экрана, чтобы вводить цели для процесса разработки и рисовать
эскизы предлагаемых конструкций. Система будет детализировать конструкцию,
тестировать её и отображать предлагаемые альтернативы с объяснениями, графиками
и диаграммами. Потом инженер будет вносить дальнейшие предложения и изменения,
или давать новое задание, до тех пор, пока вся система оборудования не будет
разработана и смоделирована.
По мере того, как автоматизированные технические системы будут улучшаться, они
будут делать все больше работы все быстрее и быстрее. Все более часто, инженер
просто предложит цели и затем выберет одно из хороших решений, предложенных
машиной. Все менее и менее часто инженеру придется выбирать детали, материалы и
конфигурацию. Постепенно инженеры будут способны ставить более общие цели и
ожидать хороших решений как само собой разумеющееся. Так же, как EVRISKO работал
в течение часов, разрабатывая флоты для симулятора Traveller TCS,
автоматизированные системы проектирования будут в один прекрасный день усердно
работать над разработкой пассажирских реактивных самолетов, имеющих максимум
безопасности и экономичности, или над разработкой военных самолетов и ракет,
способных наилучшим образом контролировать воздушное пространство.
Так же, как EVRISKO изобрел электронные устройства, автоматизированные системы
проектирования будущего будут изобретать молекулярные машины и молекулярные
электронные устройства, с помощью программ для молекулярного моделирования.
Подобные успехи в автоматизированной разработке усилят описанное ранее
«проектирование вперед». Таким образом, автоматизированная разработка не только
ускорит ассемблерную революцию, она ускорит и технологии, которые последуют за
ней.
В конечном счете системы программного обеспечения будут способны создавать
смелые новые проекты без человеческой помощи. Будет ли большинство людей
называть подобные системы интеллектуальными? Это действительно не имеет
значения.
Гонка ИИ
Компании и правительства во всем мире поддерживают разработку ИИ, потому что он
сулит коммерческие и военные преимущества. В Соединенных Штатах имеется много
университетских лабораторий искусственного интеллекта и большое количество новых
компаний с названиями, подобными таким, как Machine Intelligence Corporation
(корпорация "Машинный интеллект"), Thinking Machines Corporation (корпорация
"Думающие машины"), Teknowledge ("Технознание") и Cognitive Systems Incorporated
(корпорация "Познающие системы"). В октябре 1981 года министерство торговли и
промышленности Японии объявило десятилетнюю программу на 850 миллионов долларов
по разработке передовых аппаратных и программных средств искусственного
интеллекта. С этой программой исследователи планируют разработать системы,
способные выполнять миллиард логических выводов в секунду. Осенью 1984 года
Академия Наук России объявила аналогичную 5-летнюю программу на 100 миллионов
долларов. В октябре 1983 года департамент обороны США объявил 5-летнюю Программу
по стратегическим вычислениям - они пытаются сделать машины, способные видеть,
рассуждать, понимать речь и помогать управлять сражениями. Как сообщает Пол
Валич в IEEE Spectrum, "Искусственный интеллект рассматривается большинством
людей как краеугольный камень следующего поколения компьютерной технологии; все
усилия в разных странах уделяют ему выдающееся место в своем списке целей".
Продвинутый ИИ появится шаг за шагом, и каждый шаг окупится знанием и возросшими
способностями. Также как с молекулярной технологией, попытки остановить прогресс
в одном городе, округе или, самое большее, стране - даст лишь возможность другим
перехватить инициативу. Чудесный успех на ниве повсеместной остановки видимых
работ над ИИ самое большее замедлил бы его появление и, по мере того как
компьютеры становятся дешевле, позволил бы ему вызревать тайно, без ведома
общества. Только единое во всем мире государство с огромной властью и
стабильностью могло бы действительно остановить исследования по ИИ повсеместно и
навсегда - решение неимоверной опасности, особенно в свете прошлых
злоупотреблений государственной властью. Продвинутый ИИ, по-видимому, неизбежен.
Если мы надеемся сформировать реалистичный взгляд на будущее, мы не можем это
игнорировать.
В некотором смысле, ИИ будет окончательным инструментом, потому что он будет
помогать нам строить любые другие возможные инструменты. Продвинутые системы ИИ
могли бы прекратить существование людей, или они могли бы помочь нам построить
новый и лучший мир. Агрессоры могли бы использовать их для завоевания, а
прозорливые защитники могли бы использовать их, чтобы мир стабилизировать. Они
могли бы даже помочь нам управлять самим ИИ. Рука, которая качает колыбель ИИ,
вполне может начать управлять миром.
Как и с ассемблерами, нам будет нужно предвидение и тщательная выработка
стратегии для использования этой новой технологии - безопасно и во благо.
Нерешенные проблемы сложны и взаимосвязаны со всем, от деталей молекулярной
технологии до занятости и экономики, до философского обоснования, что есть
человеческие права. Наиболее основные вопросы, тем не менее, включают то, что ИИ
может делать.
Достаточно ли мы умные?
Несмотря на пример эволюции людей, критики всё же могут доказывать, что наш
ограниченный интеллект может некоторым образом препятствовать тому, чтобы мы
смогли создать программы для по-настоящему интеллектуальных машин. Этот аргумент
кажется слабым, сводясь немногим более чем к заявлению, что поскольку критики не
видят, как достичь успеха. Однако мало кто отрицал бы, что программирование
компьютеров для их соответствия человеческим способностям действительно
потребует свежих идей в понимании человеческой психологии. Хотя путь к
программированию ИИ кажется открытым, наши знания не соответствуют той
основательной уверенности, которую имели (за десятилетия до первого спутника)
вдумчивые инженеры - в том, что можно достичь луны с помощью ракет, или которая
у нас есть сегодня - в том, что можно построить ассемблеры с помощью
проектирования белка. Программирование настоящего искусственного интеллекта,
хотя это и форма инжиниринга, потребует новой науки. Это ставит ИИ вне
возможности надежных прогнозов.
Тем не менее, нам нужно точное предвидение. Похоже, что люди, цепляющиеся за
успокоительные сомнения относительно ИИ, страдают принципиально ошибочными
образами будущего. К счастью, автоматизированная разработка спасает некоторых от
бремени биошовинистского предрассудка. Большинство людей меньше расстроено идеей
о машинах, разрабатывающих машины, чем идеей об истинных системах ИИ общего
назначения. Кроме того, уже доказано, что автоматизированная разработка
работает; то, что остается сделать - это лишь расширить ее. Однако, если
возникнут более общие системы, было бы глупо выпустить их из наших расчетов.
Есть ли способ обойти вопрос, способны ли мы разработать интеллектуальные
программы?
В 1950-ых, многие исследователи ИИ сосредотачивались на моделировании мозговых
функций, моделируя нейроны. Но исследователи, работающие с программами,
основанныим на словах и символах достигли более быстрого прогресса, и фокус
работ по ИИ соответственно переместился. Тем не менее, базовая идея нейронного
моделирования остается правильной, а молекулярная технология сделает её более
практичной. Что более важно, этот подход, по-видимому, гарантирует, что будет
работоспособен, потому что он не требует никаких новых фундаментальных открытий
в области природы мысли.
В конечном счете, нейробиологи будут использовать молекулярные машины размером с
вирус для изучения структуры и функционирования мозга, клетка за клеткой и
молекула за молекулой, где это необходимо. Хотя исследователи ИИ могут получать
новое полезное понимание организации мысли из успехов науки о мозге, которые
появятся как результат молекулярной технологии, нейронное моделирование может
преуспеть и без такого понимания. Компиляторы переводят программы компьютера от
одного языка до другого без понимания, как они работают. Фотокопировальные
устройства отображают рисунки из слов, не читая их. Аналогичным образом,
исследователи будут способны скопировать структуры нейронов в мозгу на другой
носитель, не понимая их высокоуровневой организации.
После изучения, как нейроны работают, инженеры будут способны разрабатывать и
строить аналогичные устройства, базой которых будет продвинутая наноэлектроника
и наномашины. Они будут взаимодействовать подобно нейронам, но работать быстрее.
Нейроны, хотя и сложны, но кажутся достаточно простыми для понимания разумом, и
для того чтобы инженеры смогли сделать имитацию. Действительно, нейробиологи
узнали многое об их структуре и функции, даже без машин молекулярного масштаба,
с помощью которых бы можно было исследовать их как объекты изучения.
С этим знанием, инженеры будут способны строить быстрые системы ИИ с большими
возможностями, даже без понимания мозга и умного программирования. Им нужно
только изучить нейронную структуру мозга и соединить искусственные нейроны так,
чтобы образовалась та же самая функциональная структура. Если они сделают все
части правильно, включая то, как они соединяют эти части, чтобы образовать
целое, то целое также окажется таким каким надо. "Нейронная" деятельность будет
течь в структурах, которые мы называем мыслью, но быстрее, потому что все части
будут работать быстрее.
Ускорение гонки технологий
Системы продвинутого ИИ кажутся возможными и неизбежными, но что будет в
результате их появления? Никто не может ответить на это полностью, но одно
следствие автоматизированной разработки очевидно: она ускорит наше продвижение к
пределам возможного.
Для того чтобы понять наши перспективы, нам нужно некоторое представление о том,
насколько быстро продвинутые системы ИИ будут думать. Современные компьютеры
реализуют лишь крошечную долю сложности мозга, и всё же на них уже могут
работать программы, имитирующие существенные аспекты человеческого поведения.
Они совершенно отличаются от мозга по своему принципу действия, хотя такое
прямое физическое сравнение почти бесполезно. Мозг делает огромное количество
вещей одновременно, но довольно медленно; большинство современных компьютеров
делают за раз только одно, но с умопомрачительной скоростью.
Однако, можно представить себе аппаратные средства ИИ, построенные, чтобы
подражать мозгу не только в функции, но и в структуре. Это помогло бы следовать
подходу нейронного моделирования, или развитию программ ИИ, чтобы они могли
работать на аппаратных средствах со стилем организации, подобным тому, который
существует в мозгу. Так или иначе мы можем использовать аналогии с человеческим
мозгом, чтобы оценить минимальную скорость для продвинутых систем ИИ,
построенных с помощью ассемблеров.
Синапсы нейронов реагируют на сигналы за тысячные доли секунды;
экспериментальные электронные переключатели реагируют в сто миллионов раз
быстрее (а наноэлектронные переключатели будут ещё быстрее). Нейронные сигналы
движутся со скоростью сто метров в секунду; электронные - в миллион раз быстрее.
Такое грубое сравнение скоростей дает представление, что электронные устройства,
подобные мозгу будут работать со скоростью, ограниченной лишь скоростью
электронных сигналов – то есть примерно в миллион раз быстрее, чем мозг,
состоящий из нейронов.
Это, конечно, грубая оценка. Синапс нейрона сложнее переключателя; он может
изменять реакцию на сигналы, изменяя структуру. При прошествии какого-то времени
могут даже появляться новые синапсы и исчезать старые. Такие изменения в
волокнах и связях мозга являются материальной основой долговременных изменений
ума, которые мы называем обучением. Они подтолкнули профессора Роберта Джастроу
из Дартмауса описать мозг как заколдованный станок, ткущий, распускающий и
ткущий заново свои нейронные структуры на протяжении всей жизни.
Для того чтобы представить себе устройство подобное мозгу, с сопоставимой
гибкостью, изобразите его электронные схемы как окруженные механическими
нанокомпьютерами и ассемблерами, с "переключателями" - по одному на эквивалент
синапса. Так же, как молекулярные машины синапса отвечают на схемы нейронной
активности изменяя структуру синапса, также нанокомпьютеры будут реагировать на
схемы активности давая команду наномашинам изменить структуру переключателей. С
правильным программированием и с коммуникациями между нанокомпьютерами для
моделирования химических сигналов, такое устройство должно вести себя во многом
подобно мозгу.
Несмотря на сложность, устройство будет очень небольшим. Нанокомпьютеры будут
меньше чем синапсы, а соединения, построенные ассемблерами, будут тоньше, чем
аксоны и дендриты мозга. Тонкие провода и маленькие переключатели будут делать
для компактных схем, а плотно упакованные схемы ускорят потоки электронных
сигналов, сокращая расстояния, которые сигналы должны проходить. Похоже, что
структура, подобная мозгу будет умещаться меньше, чем в кубический сантиметр
(это обсуждается в Примечаниях). Более короткие пути для сигналов соединятся с
более быстрой передачей, и в результате этого получится устройство более чем в
десять миллионов раз быстрее человеческого мозга.
Только проблема охлаждения могла бы ограничивать подобные машины и замедлять
средние скорости работы. Представьте себе конструкцию, которая в миллион раз
быстрее, мозга и рассеивает в миллион раз больше тепла. Система представляет
собой блок, построенный ассемблерами из сапфира, размером с кружку кофе,
изрешеченный системой каналов охлаждения. Труба равного диаметра, по которой
поступает под высоким давлением вода, прикручивается к его вершине, проталкивая
охлаждающую воду через каналы к подобной трубе слива, выходящей через низ.
Мощные кабели питания и пучки оптоволокна для каналов данных тянутся с его
боков.
Кабели обеспечивают пятнадцать мегаватт электроэнергии. Труба с водой отводит
появляющееся в результате тепло вовне потоком в "три тонны в минуту" кипящей
воды. Оптические волокна передают сразу миллион телевизионных каналов. Они
обеспечивают коммуникации с другими системами ИИ, с симуляторами для
конструирования и с ассемблерными системами, которые строят структуры для
окончательного тестирования. Каждые десять секунд система «сжирает» почти два
киловатта-дня электрической энергии (что сейчас стоит около доллара). Каждые
десять секунд система выполняет столько же работы, сколько человек-инженер за
восемь часов в день в течение года (что сейчас стоит десятки тысяч долларов). За
час она выполняет работу столетий. Для всей своей деятельности система работает
в тишине, которая нарушается только потоком охлаждающей воды.
Мы затронули вопрос чистой скорости мысли, но что можно сказать о её сложности?
Кажется маловероятным, что разработка ИИ остановится на сложности единственного
человеческого разума. Как отмечает Джон Маккарти (лаборатория ИИ Стэнфорда),
если мы сможем поместить эквивалент одного человеческого разума в металлический
череп, мы сможем разместить в здании эквивалент десяти тысяч работающих в
кооперации умов. (А большая современная электростанция могла бы обеспечивать
достаточно энергии для каждого, чтобы он думал в десять тысяч раз быстрее, чем
человек.) К идее быстродействующего инженерного интеллекта добавьте идею
быстродействующих команд.
Разработка систем ИИ будет замедлена в своей работе необходимостью выполнять
эксперименты, но не настолько, насколько можно было бы ожидать. Инженеры сегодня
должны выполнять много экспериментов, потому что балк-технология
трудноуправляема. Кто может заранее точно сказать, как новый сплав будет себя
вести, когда его будут ковать, а потом и изогнут миллион раз? Маленькие трещины
ослабляют металл, но детали обработки определяют их природу и последствия.
Поскольку ассемблеры будут создавать объекты по точным спецификациям,
непредсказуемости оптовой технологии можно будет избежать. Разработчики (будь то
человеческий разум или ИИ) далее будут экспериментировать только тогда, когда
проведение эксперимента быстрее или дешевле чем вычисление, или (более редкий
случай), когда отсутствует базовое знание.
Системы ИИ с доступом к наномашинам будут выполнять многие эксперименты
стремительно. Они разработают устройство за секунды, а воспроизводящиеся
ассемблеры его построят без многих задержек (заказ специальных частей, их
отгрузка и т.п.), которые являются бедой проектов сегодня. Построить
экспериментальное устройство масштаба ассемблера, нанокомпьютера или живой
клетки будет занимать лишь минуты, а наноманипуляторы будут делать миллион
движений в секунду. Выполнение одновременно миллиона обычных экспериментов будет
легким. Таким образом, вопреки задержкам с экспериментированием, системы
автоматизированного проектирования будут продвигать технологию вперед с
ошеломительной скоростью.
От прошлого к будущему, вероятный рисунок приближающейся способности выглядит
примерно так. На протяжении целых временных эпох, жизнь продвигалась вперед
растянутым во времени, медленным темпом, который определялся эволюцией генов.
Разум с языком подхватили темп, ускоренный гибкостью мимов. Изобретение методов
науки и технологии ещё ускорило продвижение, заставив мимы эволюционировать
быстрее. Рост богатства, образования и населения - лучшие физические и
интеллектуальные инструменты, продолжили эту тенденцию ускорения на протяжение
нашего века.
Автоматизация разработки ускорит темп ещё больше. Автоматизированное
проектирование улучшится, помогая людям-инженерам генерировать и проверять идеи
быстрее, чем когда-либо. Преемники EVRISKO сократят сроки проектирования,
предлагая проекты и заполняя детали инноваций, вносимых человеком. С какого-то
момента полностью автоматизированные системы проектирования станут двигаться
вперед сами по себе.
Параллельно, молекулярная технология разовьется и вызреет, чему будут помогать
продвижения в автоматизированном проектировании. Затем системы ИИ, построенные
ассемблерами, дадут ещё более стремительную автоматизированную разработку,
развивая технологические идеи в темпе, устанавливаемом системами - в миллион раз
более быстрыми, чем человеческий мозг. Скорость продвижения технологии вперед
тогда ускорится: за короткое время многие области технологии пододвинутся к
своим ограничениям, установленным законом природы. Затем, продвижение в этих
областях остановится на очень высоком уровне достижений.
Эта трансформация - головокружительная перспектива. За ней, если мы выживем,
лежит мир воспроизводящихся ассемблеров, способных делать все, что им говорят
делать, без необходимости в человеческом труде. За ней, если мы выживем, лежит
мир с системами автоматизированного проектирования, способными направить
ассемблеры создавать устройства, на пределе возможного, близко к конечным
границам технического совершенства.
В конечном счете, некоторые системы ИИ будут иметь и большие технические
способности и социальные способности, необходимые, чтобы понимать человеческую
речь и желания. Если ей дать достаточно энергии, материалов и ассемблеров,
подобная система могла бы вероятно называться "машиной-джином" Она произведет
все, что вы просите, арабская сказка, Аравийская легенда и универсальный здравый
смысл подсказывают, чтобы мы воспринимали опасности таких машин создания
действительно серьезно.
Появление решающих крупных достижений в техническом и социальном ИИ займет годы.
Как сказал Марвин Мински, "умеренно интеллектуальные машины ближайшего будущего
обещают только давать нам богатство и комфорт неустанных, послушных и недорогих
слуг". Большинство систем, называемых ИИ, не думают и не учатся, они являются
только грубой выжимкой из знаний и умений экспертов, сохраненных, упакованных и
распространяемых для консультаций.
Но прибудет и подлинный ИИ. Удерживать его вне наших ожиданий означало бы жить в
мире фантазии. Ожидать ИИ - ни оптимистично, ни пессимистично: как всегда,
оптимизм исследователей – это пессимизм технофоба. Если мы не готовимся к их
прибытию, системы социального ИИ могли бы поставить серьезную угрозу: подумайте
об ущербе, причиняемом всего лишь человеческим интеллектом террористов и
демагогов. Подобным образом системы технического ИИ могли бы дестабилизировать
мировой баланс в военной сфере, давая одной стороне неожиданное и огромное
преимущество. С надлежащей подготовкой, однако, искусственный интеллект мог бы
помочь нам строить будущее, которое работает - для Земли, для людей, и для
продвижения интеллекта во вселенную. Глава 12 подсказывает подход как часть
более общего вопроса управления трансформацией, которую принесут ассемблеры и
ИИ.
Зачем нужно обсуждать эти опасности сегодня? Потому что уже не слишком рано
начать разрабатывать институты, способные иметь дело с такими вопросами.
Технический ИИ появляется сегодня, и каждое его продвижение вперед ускорит гонку
технологий. Искусственный интеллект - всего лишь одна из многих мощных
технологий, которыми мы должны научиться управлять, каждая из которых добавляет
что-то к сложной смеси угроз и возможностей.
Глава 6. МИР ВНЕ ЗЕМЛИ
Ту перевернутую чашу мы зовем Небом; под ним, в кишащем курятнике мы бы жили и
умирали.
Омар Хайям
ЗЕМЛЯ - лишь маленькая часть мира, но и остальной мир будет важен для нашего
будущего. В терминах энергии, материалов и пространства для роста космос - это
почти все. Все инженерные проекты прошлого завершались, как правило, завоеванием
нового пространства. Так же и в будущем, открытые границы космоса расширят
человеческий мир. Успехи ИИ и нанотехнологии будут играть в этом решающую роль.
Для того чтобы понять космос как границу, люди потратили века. Наши предки
когда-то видели ночное небо как черный купол с крошечными искорками - светом,
который посылают боги. Они не могли себе представить космическое путешествие,
потому что они даже не знали, что космос существует.
Мы теперь знаем, что космос существует, но немного людей уже понимают его
ценность. Едва ли это удивительно. Наши умы и культуры развивались на этой
планете, и мы только начали воспринимать границы дальше неба.
Только в этом столетии такие мечтательные конструкторы как Герман Оберт и Роберт
Годдард показали, что ракеты могли бы достичь космоса. Они были в этом уверены,
потому что имели достаточно знаний о топливе, двигателях, емкостях и
конструкциях, чтобы вычислить, что могли бы делать многоступенчатые ракеты.
Однако в 1921 году в Нью-Йорк Таймз журналист в передовой статье упрекал
Годдарда за идею, что ракеты могли бы летать через пространство без воздуха, от
которого они бы отталкивались, и не далее как в 1956 году британский Королевский
астроном фыркал, что "Космические путешествия - полная чепуха". Это лишь
показало, что журналисты, пишущие передовицы, и астрономы - не те эксперты,
которых надо было спрашивать о космических аппаратах. В 1957 году первый спутник
вышел на орбиту Земли, за которым последовал Юрий Гагарин. В 1969 году мир стал
свидетелем высадки на Луну.
Однако мы заплатили цену за невежество. Поскольку пионеры космической технологии
испытали недостаток в том, чтобы каким-то образом публично выставить свои
доказательства, они были вынуждены утверждать отправные пункты снова и снова
("Да, ракеты будут работать в вакууме... Да, они действительно достигнут
орбиты..."). Занятые защитой самых основ полетов в космос, у них было мало
времени обсудить их последствия. Таким образом, когда Спутник поразил мир и
привел в замешательство Соединенные Штаты, люди были не подготовлены: на тот
момент не было широких дебатов, чтобы сформировать стратегию покорения
космического пространства.
Некоторые из пионеров понимали, что делать: построить космическую станцию и
космический корабль многократного использования, затем оттуда отправиться на
Луну или на астероиды за ресурсами. Но шум взволнованных политических деятелей
быстро потопил их предложения, а американские политические деятели требовали
большой и легкой для понимания цели. Таким образом был рожден проект Аполлон,
гонка, чтобы высадить американского гражданина в самом близком месте, где можно
воткнуть флаг. Проект Аполлон обошел построение космической станции и
космического челнока, вместо этого создавая гигантские ракеты, способные достичь
Луны одним большим прыжком. Проект был великолепен, он дал ученым некоторую
информацию, и он принес большую отдачу благодаря продвижениям в технологии, но
по сути, это был выстрел вхолостую. Налогоплательщики это видели, конгрессмены
это видели, и космическую программу свернули.
Когда проект Аполлон реализовывался, старые мечты господствовали в общественном
мнении, и это были простые, романтичные мечты о заселении других планет. Тогда
инструменты робота рассеяли мечту об одетой в джунгли Венере, в действительности
оказавшейся духовкой с ядом высокого давления. Они стерли линии, которые
начертили на Марсе земные астрономы, и с ними ушли и каналы, и марсиане. Вместо
них оказался Марс кратеров и каньонов и сухой летающей пыли. По направлению к
Солнцу от Венеры лежит испеченная скала Меркурия; дальше к звездам от Марса
лежат булыжники и лед. Планеты варьируются от мертвых к смертельно опасным, и
мечта о новых Землях отступила к удаленным звездам. Космос казался мертвой
целью.
Новая Космическая Программа
Новая космическая программа возникла из руин старых. Новое поколение защитников
темы космоса, инженеров и предпринимателей, теперь стремится сделать космос
границей, которой он должен был быть с самого начала - местом для развития и
использования, не для пустых политических жестов. Они уверены в успехе, потому
что развитие космического пространства не требует прорывов в науке или
технологии. Зато человеческая раса могла бы завоевывать космос, применяя
технологии двадцатилетней давности. А избегая пустых полетов, мы могли бы
вероятно делать это и с прибылью. Различная деятельность в космосе не
обязательно должна быть дорогой.
Подумайте о стоимости выхода на орбиту сегодня - тысячи долларов за килограмм.
Откуда она происходит? Наблюдателю запуска челнока, потрясенному ревом и
напуганному пламенем, ответ кажется очевидным: топливо должно стоить кучу денег.
Даже авиалинии платят примерно половину своих операционных издержек за топливо.
Ракета напоминает лайнер - она сделана из алюминия и начинена двигателями,
системами управления и электроникой - но топливо составляет почти всю её массу,
когда она стоит на взлетном поле. Таким образом, можно ожидать, что на топливо
приходится более половины операционных издержек ракеты. Но это ожидание
ошибочно. В полете на Луну на стоимость топлива, которое было необходимо, чтобы
достичь орбиты, приходилось менее чем миллион долларов - несколько долларов за
килограмм, отправленный на орбиту, лишь малая доля процента всех затрат. Даже
сегодня топливо остается незначительной составляющей стоимости космического
полета.
Почему полет в космос стоит настолько дороже, чем авиарейс? Отчасти, потому что
космический корабль не делается серийно; это вынуждает изготовителей покрывать
их затраты на разработку из продаж только нескольких единиц, и делать те
немногие единицы вручную по высокой стоимости. Далее, большинство космических
кораблей выбрасывается после одного использования, и даже челноки летают только
несколько раз в год - их стоимость не может быть распространена на несколько
рейсов в день в течение многих лет, в то время как стоимость воздушных лайнеров
может. Наконец, затраты космопорта сейчас распределяются только на несколько
полетов в месяц, тогда как большие аэропорты могут распределять свои издержки на
многие тысячи. Все это сходится воедино, чтобы сделать полет в космос
обескураживающе дорогим.
Но исследования аэрокосмической компании Боинг (люди, которые обеспечили большую
часть мира недорогими реактивными транспортными средствами) показывают, что
флот, состоящий из челноков действительно многократного использования, на
которых летают и которые поддерживаются подобно воздушным лайнерам, снизил бы
стоимость выхода на орбиту в 50, и более, раз.
Космос предлагает обширные возможности для промышленности. Хорошо известны
преимущества спутников связи и наблюдений с орбиты за космическими и земными
объектами. Будущие спутники связи будут достаточно мощны, чтобы связываться с
ручными станциями на земле, принеся окончательную мобильность в телефонных
услугах. Компании уже прикладывают усилия, чтобы извлечь преимущество нулевой
гравитации для выполнения тонких процессов сепарации, чтобы делать улучшенные
фармацевтические препараты; другие компании планируют выращивать улучшенные
электронные кристаллы. За годы до того как ассемблеры вступят в производство
материалов, инженеры будут использовать космическую среду, чтобы расширить
возможности балк-технологии. Космическая промышленность будет обеспечивать
растущий рынок для услуг запуска кораблей, снижая издержки по запуску. Падение
издержек по запуску в свою очередь будет стимулировать рост космической
промышленности. Ракетный транспорт на земную орбиту, наконец, станет
экономически оправданным.
Космические проектировщики и предприниматели уже смотрят далее земной орбиты на
ресурсы солнечной системы. Однако в дальнем космосе ракеты быстро станут слишком
дорогим средством транспортировки - они будут сжирать топливо, которое само
должно было транспортироваться ракетой в космос. Ракеты на сжигаемом топливе
стары как китайские фейерверки, намного старше знакомого нам звездчатого флага.
Они развились по естественным причинам: компактные, мощные и полезные для
военных, они могут пробиваться сквозь воздух и противодействовать сильной
гравитации. Однако космическим инженерам известны альтернативы.
Транспортным средствам не требуется огромных взрывов энергии, чтобы двигаться
через свободный от трения вакуум космоса. Маленькие силы могут медленно и
устойчиво разгонять транспортное средство до огромных скоростей. Поскольку
энергия имеет массу, солнечный свет, попадающий в тонкое зеркало - солнечный
парус, обеспечивает такую силу. Притяжение гравитации Солнца обеспечивает другую
силу. Вместе давление света и гравитация могут носить космические корабли в
любое место Солнечной системы и обратно. Только жар вблизи Солнца и
сопротивление атмосфер планет будут ограничивать путешествия, заставляя паруса
избегать этих мест.
НАСА изучило солнечные паруса, разработанные, чтобы их везти в космос в ракетах,
но они должны быть довольно тяжелы и прочны, чтобы выдержать нагрузку запуска и
разворачивания. В конце концов, инженеры будут изготавливать паруса в космосе,
используя структуры с высоким отношением прочности к массе для поддержки зеркал
из тонкой металлической пленки. Результатом будет "световой парус",
высокоэффективный тип солнечного паруса. После ускорения в течение года световой
парус может достичь скорости сто километров в секунду, оставляя самые быстрые
сегодняшние ракеты далеко позади.
Если вы вообразите сеть графито-волоконных нитей шириной в километры, с
промежутками между нитями размером с футбольное поле, вы будете на правильном
пути, чтобы представить себе структуру светового паруса. Если вы изобразите
промежутки, соединенные тонкими светоотражающими плоскостями из алюминиевой
фольги тоньше, чем мыльный пузырь, вы будете иметь неплохое представление, как
он выглядит: большое количество отражающих поверхностей, прочно связанных друг с
другом и образующих обширную слегка колеблющуюся мозаику зеркал. Теперь
вообразите груз, висящий на сети как парашютист с парашюта, в то время как
центробежные силы держат подвешенные на сети зеркала натянутыми и плоскими в
вакууме, и вы получите почти достоверную картину.
Для того чтобы построить световой парус с помощью балк-технологии, мы должны
научиться делать их в космосе; их обширные отражатели будут слишком тонки, чтобы
пережить запуск и разворачивание в космосе. Нам придется строить структуру
каркаса, производить тонкую пленку отражателей, и использовать удаленно
управляемые манипуляторы в космосе. Но проектировщики космических программ уже
намереваются овладеть созданием конструкций и робототехникой для других
космических приложений. Если мы построим световой парус в начале космического
развития, в этом начинании будут использоваться эти умения, и при этом будет не
нужен запуск в космос большого количества материала. Хотя каркас и будет
занимать огромную площадь, он (вместе с материалами для большого количества
парусов) будет достаточно легок, чтобы вывести его на орбиту за один или два
полета космического челнока.
Средства производства паруса произведут паруса дешево. Более того, паруса нужно
построить всего один раз, а использовать их затем будет ещё дешевле: у них будет
немного критических движущихся частей, небольшая масса, и нулевое потребление
топлива. Они будут крайне сильно отличаться от ракет по форме, функции и
стоимости эксплуатации. На самом деле вычисления подсказывают, что издержки
будут отличаться в пользу световых парусов приблизительно в тысячу раз.
Сегодня большая часть людей рассматривает остальную солнечную систему как
огромную и недоступную. Она и правда обширна; также как и Земле, будут
требоваться месяцы, чтобы сплавать с парусом туда и обратно. Однако её очевидная
недоступность меньше относится к расстоянию, чем к стоимости перемещения с
помощью ракет.
Световые паруса смогут преодолеть барьер стоимости, открывая дверь в Солнечную
систему. Световые паруса будут делать другие планеты более достижимыми, но это
не сделает планеты более полезными: они останутся смертоносными пустынями.
Гравитация планет будет препятствовать световым парусам спускаться на их
поверхность и будет препятствовать развитию промышленности на их поверхности.
Вращающиеся космические станции могут имитировать гравитацию, если это
необходимо, но привязанная к планете станция избежать её не способна. Что ещё
хуже, атмосферы планет блокируют солнечную энергию, распространяют пыль,
подвергают металл коррозии, нагревают холодильники, охлаждают печи и сдувают все
вещи. Даже безвоздушный Марс вращается, блокируя свет половину времени, и имеет
достаточно массы, чтобы своей гравитацией удерживать солнечный парусник без
надежды от него оторваться. Световые паруса быстры и могут работать без устали,
но они не прочны.
Огромная и непреходящая ценность космоса находится в запасах вещества, энергии и
пространства. Планеты занимают место и задерживают энергию. Материальные
ресурсы, которыми они располагают, размещены неудобно. Астероиды, напротив, это летающие горы ресурсов, которые имеют орбиты, проходящие через всю солнечную
систему. Некоторые пересекаются с орбитой Земли; некоторые даже столкнулись с
Землей, оставив на ней кратеры. Разработка на астероидах полезных ископаемых
выглядит реальной. Нам могут понадобиться ревущие ракеты, чтобы выводить что-то
в космос, но метеориты доказывают, что целые горы могут сваливаться из космоса,
и, подобно космическим челнокам, объекты, падающие из космоса, не обязательно
сгорают по пути вниз. Отправка посылок с материалами с астероидов на Землю с
приземлением на соляных отмелях будет стоить немного.
Даже маленькие астероиды велики в человеческих понятиях: они содержат миллиарды
тонн ресурсов. Некоторые астероиды содержат воду и вещество, похожее на нефтяной
сланец. Некоторые состоят просто из обычного камня. Некоторые содержат металл,
содержащий редкоземельные элементы, элементы, которые в период формирования
металлического ядра Земли, погрузились так глубоко, что их трудно достать. Сталь
из метеоритов - прочный, стойкий сплав железа, никеля и кобальта, обладает
значительным содержанием металлов платиновой группы и золота. Кусок шириной в
километр этого материала (а их много), содержит драгоценных металлов стоимостью
на несколько триллионов долларов, вперемешку с таким количеством никеля и
кобальта, чтобы обеспечить земную промышленность на много лет.
Солнце заливает космос легко собираемой энергией. Каркас размером в квадратный
километр, содержащий отражатели из металлической пленки, соберет более чем
миллиард ватт солнечного света, там нет ни облаков, ни ночи. В невозмутимости
космоса, где не бывает погодных явлений, тончайший коллектор будет прочен как
дамба гидроэлектростанции. Поскольку Солнце выделяет столько же энергии за
микросекунду, сколько все человечество сейчас использует за год, энергия ещё на
протяжении некоторого времени будет неограниченным ресурсом.
Наконец, сам космос предлагает пространство для жизни. Когда-то люди понимали
жизнь в космосе как жизнь на планетах. Они воображали куполообразные города,
построенные на планетах, мертвые планеты, медленно преобразуемые в планеты,
подобные Земле, и планеты, похожие на Землю, до которых долетают за годы
звёздных полетов. Но планета - это как покупка комплекта товаров - обычно они
предлагают не ту гравитацию, атмосферу, продолжительность дня и местоположение.
Свободное космическое пространство предлагает лучшее место для строительства.
Профессор Джерард О'Нейлл из Принсетонского университета привлек к этой идеи
общественное внимание, помогая восстановить интерес к космосу после неудачи с
Аполлоном. Он показал, что обычные строительные материалы - сталь и стекло,
могли бы использоваться для строительства обитаемых цилиндров в космосе,
километрами длиной и в окружности. По его проекту прослойка грязи под ногами
защищает его жителей от естественного излучения космоса, также как жителей Земли
защищает воздух над их головами. Вращение создает ускорение, равняющееся земной
гравитации, а широкие зеркала и оконные панели заливают солнечным светом все
внутри. Добавьте почву, ручьи, растительность и воображение, и земли внутри
могли бы посоперничать с лучшими долинами на Земле, если их рассматривать как
места для жизни. Только с ресурсами астероидов мы будем способны построить
практически эквивалент тысяч новых планет Земля.
Приспосабливая существующую технологию, мы могли бы открыть космические
просторы. Перспектива ободряющая. Оно показывает нам понятный способ обойти
земные ограничения роста, уменьшая одно из опасений, которое омрачало наш взгляд
в будущее. Таким образом, перспектива космических просторов может мобилизовать
надежду - ресурс, которого нам потребуется очень много, если мы собираемся иметь
дело с остальными проблемами.
Космос и продвинутая технология
Приспосабливая имеющуюся технологию, мы могли бы действительно открыть
космические просторы - но мы этого делать не будем. По пути, который
просматривается из сегодняшнего космического движения, человеческой цивилизации
потребовалось бы десятки лет, чтобы прочно обосноваться в космосе. До этого
момента прорывы в технологии откроют новые пути.
В настоящее время группам инженеров обычно требуется от пяти до десяти лет для
разработки новой космической системы, при этом тратится от десятков до тысяч
миллионов долларов. Такие задержки на разработку и затраты делают прогресс
болезненно медленным. В грядущие годы, однако, разовьются автоматические
проектировочные системы. Как только это произойдет, задержки на разработку и
затраты уменьшатся, а затем резко упадут; производственные системы, управляемые
компьютерами ещё более сократят общие затраты. Придет день, когда
автоматизированная разработка и производство сделают разработку космических
систем более чем в десять раз более быстрыми и дешевыми. Наше продвижение в
космос резко ускорится.
Будут ли тогда осваивающие космос смотреть в прошлое, на наши существующие
космические программы как на ключ к космическому развитию? Не исключено, что
нет. Они увидят больше технического прогресса, произошедшего за несколько лет,
чем космические инженерам раньше удавалось за несколько десятилетий. Они вполне
могут придти к заключению, что ИИ и робототехника сделали больше для
космического развития, чем сделала целая армия инженеров НАСА.
Ассемблерная революция и автоматическая разработка объединятся, чтобы произвести
прогресс, который заставит казаться лишь старинной диковинкой все наши
сегодняшние усилия по освоению космоса. В главе 4 я описал, как
самовоспроизводящиеся ассемблеры будут способны строить легкий и прочный
двигатель ракеты с использованием минимума человеческого труда. Используя
подобные методы, мы будем строить весь космический флот с малыми издержками и
необычайной производительностью. При их равном весе, материалы, построенные по
алмазной структуре, примерно в пятьдесят раз прочнее (и в четырнадцать раз более
жестче), чем алюминий, используемый в сегодняшних космический челноках.
Космические корабли, построенные из этих материалов, можно сделать на 90
процентов более легкими, чем аналогичные корабли сегодня. Выйдя в космос,
космический корабль развернет солнечные коллекторы для сбора энергии, которая
там в изобилии. Используя эту энергию для питания ассемблеров и дизассемблеров,
они будут перестраивать себя в полете так, чтобы соответствовать изменяющимся
условиям или прихотям своих пассажиров. Сегодня космическое путешествие - это
сложная задача. Завтра оно будет легким и удобным.
С момента, когда нанотехнология обоснуется в производстве маленьких объектов,
подумайте о самом маленьком космическом корабле, несущем человека: скафандр.
Вынужденные использовать непрочные, тяжелые и пассивные материалы, инженеры
сейчас делают большие неуклюжие скафандры. Взгляд на усовершенствованный
скафандр проиллюстрирует некоторые возможности нанотехнологии.
Представьте себе, что вы - на борту космической станции, вращающейся, чтобы
симулировать нормальную гравитацию Земли. После инструктажа, вам дают примерить
костюм: он висит на стене, серый, похожий на резину, с прозрачным шлемом. Вы
снимаете его, поднимаете его ощутимый вес, раздеваетесь и входите в него через
открытый шов с передней стороны.
Костюм ощущается мягче самого мягкого каучука, но имеет гладкую внутреннюю
поверхность. Он легко надевается на вас, и шов запечатывается в одно
прикосновение. Он плотно облегает вашу кожу, подобно тонкой кожаной перчатке
вокруг ваших пальцев, утончаясь на ваших руках и становясь толстым в районе
поясницы. За вашими плечами находится маленький едва заметный ранец. Вокруг
вашей головы - почти невидимый шлем. Под вашей шеей внутренняя поверхность
костюма облегает вашу кожу легким одинаковым прикосновением, которое вскоре
становится почти неощутимым.
Вы встаете и проходитесь, экспериментируя. Вы подпрыгиваете на носках и не
чувствуете никакого дополнительного веса костюма. Вы наклоняетесь и
выпрямляетесь и не чувствуете никакого стеснения, никаких складок, никаких мест,
где давит. Когда вы трете пальцы друг о друга, это ощущается, как будто на них
ничего нет, но как будто они слегка толще. Как вы дышите, воздух ощущается
чистым и свежим. Фактически вы чувствуете, что вы могли бы забыть, что вообще на
вас есть костюм. Что более важно, вы чувствуете себя также удобно, когда
выходите в космический вакуум.
Костюм умеет делать это все и более того посредством сложных процессов в
структуре его материала, текстура которого почти столь же сложна, как у живой
ткани. Палец перчатки толщиной в миллиметр имеет место для тысячи слоев толщиной
в микрон активных наномашин и наноэлектроники. На участке размером с кончик
пальца достаточно места для миллиарда механических нанокомпьютеров, при этом
99.9 процентов места останется для других компонентов.
В частности останется место для активной структуры. Средний слой материала
костюма содержит трехмерную ткань из волокон на алмазной основе, действующих во
многом подобно искусственному мускулу, но способных как толкать, так и тянуть
(это обсуждается в Примечаниях). Такие волокна занимают много места и делают
материал костюма прочным как сталь. Приводимые в движение микроскопическими
электромоторами и управляемые нанокомпьютерами, они придают материалу костюма
его гибкую прочность, давая ему возможность растягиваться, сжиматься и сгибаться
как необходимо. Когда костюм ощущался мягким, это было благодаря тому, что он
запрограммирован быть мягким. Костюму совсем не сложно сохранять свою форму в
вакууме; он имеет достаточно прочности для того чтобы не раздуваться как
воздушный шар. Аналогично, ему совершенно не сложно поддерживать свой
собственный вес и двигаться так, чтобы соответствовать вашим движениям, быстро,
гладко и без сопротивления. Это - одна причина, почему почти не чувствуется, что
он вообще одет.
Кажется, что на пальцах ничего не надето, потому что вы чувствуете, текстуру
того, к чему прикасаетесь. Это происходит, потому что датчики давления покрывают
поверхность костюма, а активная структура покрывает его внутреннюю поверхность:
перчатка чувствует форму всего, к чему бы вы ни прикоснулись, и передает
подробный рисунок давления, который предмет производит, и передает такую же
образец текстуры на вашу кожу. Также она делает обратный процесс, передавая
вовне подробный рисунок давления, который оказывает ваша кожа на внутреннюю
поверхность перчатки. Таким образом, перчатка делает вид, что её нет, и ваша
кожа ощущается, как будто на ней почти ничего нет.
Костюм имеет прочность стали и гибкость вашего собственного тела. Если вы
измените настройки костюма, он будет продолжать соответствовать вашим движениям,
но иначе. Вместо того, чтобы просто передавать силу, которую вы прикладываете,
он усиливает её в десять раз. Аналогично, когда что-то касается вас, костюм
передаст внутрь только одну десятую силы. Теперь вы готовы для схватки с
гориллой.
В свежем воздухе, который вы вдыхаете, уже нет ничего удивительного; рюкзак
содержит в себе обеспечение воздухом и остальным, что вы потребляете. Однако
после нескольких дней, проведенных вне корабля на солнечном свете, воздух у вас
не будет заканчиваться: подобно растению, костюм поглощает углекислый газ
который вы выдыхаете, и солнечный свет, производя свежий кислород. Также,
подобно растению (или целой экосистеме), он расщепляет остальные отходы
жизнедеятельности на простые молекулы и вновь собирает их в молекулярные
структуры свежей, цельной еды. В действительности костюм будет обеспечивать ваш
комфорт, дыхание и хорошее питание почти где угодно в пределах Солнечной
системы.
Что более важно, костюм долговечен. Он может выдержать отказ многочисленных
наномашин, потому в нем есть очень большое количество других, которые возьмут
ответственность на себя. Пространство между активными волокнами оставляет
достаточно места для ассемблеров и дизассемблеров, для того чтобы везде
перемещаться и восстанавливать поврежденные устройства. Костюм ремонтирует себя
с той же скоростью, с которой изнашивается.
В пределах границ возможного, костюм мог бы иметь множество других полезных
возможностей. Пятнышко материала меньше булавочной головки могло бы содержать
текст всех когда-либо изданных книг и показываться на складном экране. Другое
пятнышко могло бы быть "зернышком", содержащим информацию об огромном количестве
устройств, большем чем все человечество построило до сегодняшнего дня, вместе с
самовоспроизводящимися ассемблерами, способными произвести любое из них.
Что более важно, быстрые системы технического ИИ, такие как описанные в
предыдущей главе, могли бы спроектировать костюм за утро и уметь построить его к
полудню.
Все, что мы делаем в космосе с помощью современной балк-технологии, будет
стремительно вскоре после того как прибудут молекулярная технология и
автоматическая разработка. В частности мы будем строить самовоспроизводящиеся
ассемблеры, которые будут работать в космосе. Такие репликаторы будут
использовать солнечную энергию, как это делают растения, и с её помощью они
превратят камни астероидов в свои копии и продукты для использования людьми. С
ними мы получим все ресурсы солнечной системы.
К настоящему моменту большинство читателей заметило, что это, подобно некоторым
более ранним описаниям, звучит как научная фантастика. Некоторые могут
радоваться, другие будут встревожены, что будущие возможности действительно
будут этого рода. Некоторым, однако, может казаться, что если что-либо "звучит
как научная фантастика", то это - основание, для того чтобы об этом не думать и
не принимать во внимание. Такое ощущение общераспространенное и заслуживает
более подробного рассмотрения.
Технология и научная фантастика уже длительное время находятся в любопытных
отношениях. Воображая будущие технологии, авторы научной фантастики
руководствовались отчасти наукой, отчасти глубокими человеческими устремлениями
и желаниями, а отчасти и требованием рынка на причудливые истории. Что-то из
того, что они себе воображали, позже становилось реальным, потому что идеи,
которые кажутся возможными и интересными в фантастике, однажды оказываются
возможными и привлекательными в реальности. Что более важно, когда ученые и
инженеры предвидят разительную возможность, такую как полет в космос с помощью
ракеты, писатели научной фантастики обычно вцепляются в эту идею и её
популяризируют.
Позже, когда продвижение технологии делает эти возможности ближе к реализации,
другие авторы исследуют факты и описывают перспективы. Такие описания, если они
не слишком абстрактны, звучат далее как научная фантастика. Будущие возможности
будут часто напоминать сегодняшнюю фантастику, также как роботы, космические
корабли и компьютеры напоминают нам вчерашнюю фантастику. Может ли быть иначе?
Впечатляющие новые технологии выглядят как научная фантастика, потому что авторы
научной фантастики, вопреки своим многочисленным вымыслам, не слепы и имеют
профессиональный интерес к этой области.
Авторы научной фантастики часто заменяют вымыслом научную сторону своих историй,
для того чтобы "объяснить" впечатляющие технологии. Тогда некоторые не очень
четко мыслящие люди берут все описания впечатляющих технических успехов,
сваливают их в одну кучу с этой вымышленной, поддельной наукой, и игнорируют все
вместе. К сожалению. Когда инженеры проектируют будущие возможности, они
проверяют свои идеи, изменяя их так, чтобы они соответствовали наилучшим образом
тому, как мы понимаем законы природы. Получающиеся в результате концепции
необходимо отличать от идей, развитых, для того чтобы удовлетворять спросу на
макулатурную фантастику. От этого зависят наши жизни.
Многое останется невозможным, даже с молекулярной технологией. Никакой скафандр,
хотя и изумительный, не будет способен летать туда-сюда с бесконечно огромными
скоростями, или выдерживать большие взрывы, или проходить через стены, или даже
бесконечно сохранять прохладу в горячем изолированном месте. Мы должны проделать
длинный путь прежде, чем достигнем пределов возможного, однако пределы
существуют. Но эта тема обсуждается ниже.
Изобилие
Ресурсы космоса объединяются с ассемблерами и автоматическими системами
проектирования, для того чтобы создать картину великого будущего материального
изобилия. Что это означает, можно лучше всего понять, исследуя затраты.
Затраты отражают пределы наших ресурсов и способностей; высокие затраты
указывают на ограниченные ресурсы и трудные цели. Пророки дефицита, в сущности,
предсказали резко повышающуюся стоимость ресурсов, и вместе с ней определенное
сорт будущеее. Стоимость ресурсов, однако, всегда зависит от технологии. К
сожалению, инженеры, пытаясь предсказать стоимость будущих технологий, обычно
сталкиваются с клубком деталей и неопределенностей, который оказывается
невозможно распутать. Эта проблема затрудняет наше понимание будущего.
Перспектива самовоспроизводящихся ассемблеров, автоматического проектирования и
космических ресурсов разрубает этот Гордиев узел предсказания затрат. Сегодня
стоимость изделий включает затраты рабочей силы, капитала, сырья, энергии,
земли, утилизации отходов, организации, распределения, налогов и разработки. Для
того чтобы понять, как изменяться общие издержки, рассмотрим эти элементы один
за другим.
Рабочая сила.
Самовоспроизводящиеся ассемблеры не будут требовать какой-либо рабочей силы,
которая бы их строила, как только существует первый ассемблер. Разве могут
помочь человеческие руки работе ассемблера? Далее, с роботами и устройствами
различных размеров для сборки частей в большие системы, полный производственный
процесс от сборки молекул до сборки небоскребов мог бы не включать трудовые
затраты.
Капитал.
Системы, основанные на ассемблерах, если их должным образом запрограммировать,
будут сами производительным капиталом. Вместе с большими роботизированными
машинами, они будут способны строить практически все что угодно, включая и копии
себя. Поскольку этот самовоспроизводящийся капитал будет способен удваиваться
много раз за день, только спрос и доступные ресурсы будут ограничивать его
количество. Капитал как таковой практически не требует издержек.
Сырье.
Поскольку молекулярные машины будут располагать атомы наилучшим образом,
небольшое количество материала может использоваться очень долго. Обычные
элементы, такие как водород, углерод, азот, кислород, алюминий и кремний
окажутся лучшими для постройки основной массы большинства структур, средств
транспорта, компьютеров, одежды и т.д.: они легкие и образуют прочные связи.
Поскольку грязь и воздух содержат эти элементы в изобилии, сырье будет также
дешево как грязь.
Энергия.
Ассемблеры будут способны работать от химической, либо от электрической энергии.
Построенные ассемблерами системы будут преобразовывать солнечную энергию в
химическую, подобно растениям, или солнечную в электрическую, подобно солнечным
батареям. Существующие солнечные батареи уже более эффективны, чем растения. С
самовоспроизводящимися ассемблерами для постройки коллекторов солнечной энергии,
топливо и электрическая энергия будут стоить очень мало.
Земля.
Системы производства, основанные на ассемблерах, будут занимать мало места.
Большинство могли бы уместиться в шкафу (или в наперстке, или в булавочной
головке); системы большего размера могли бы быть размещены под землей или в
космосе, кто-то захочет что-то, что требует такого ужасного количества места.
Производственные системы, основанные на ассемблерах, будут производить дешево землеройные машины, и космические корабли.
Утилизация отходов.
Ассемблерные системы будут способны контролировать атомы, которые они
используют, делая производство таким же чистым как растущая яблоня, или даже
чище. Если же этот сад все равно окажется слишком грязным или неприятным взору,
мы сможем полностью перенести его в космос.
Организация.
Сегодня, фабричное производство требует организации для координации усилий
большого числа рабочих и менеджеров. В производственных машинах на базе
ассемблеров не будет никаких людей, они просто будут делать вещи на заказ. Их
начальное программирование обеспечит всю организацию и информацию, необходимые
для того чтобы делать целый спектр продуктов.
Распределение.
С автоматическими транспортными средствами, передвигающимися по туннелям,
созданным дешевыми землеройными машинами, для распределения нет нужды ни
использовать рабочую силу, ни губить пейзаж. С ассемблерами в доме и в
населенном пункте, прежде всего, будет меньшее необходимости в самом
распределении.
Налогообложение.
Большинство налогов забирают установленный процент с цены, и таким образом
добавляет установленный процент к стоимости. Если стоимость пренебрежимо мала,
налог будет незначителен. Далее, правительства со своими собственными
репликаторами и сырьем будут иметь меньше причин обкладывать налогами людей.
Разработка.
Если сложить упомянутые выше пункты, то затраты производства получатся низкими.
Системы технического ИИ, избегая стоимости разработки, фактически устранят
затраты на проектирование. Сами эти системы ИИ будут недороги в производстве и
эксплуатации, построены с помощью ассемблеров, и они не будут иметь никаких
склонностей, кроме как к проектированию.
Короче говоря, в конце длинной линии прибыльных достижений в компьютерных и
молекулярных технологиях, стоимость проектирования и создания вещей понизится
разительно. Я упомянул выше «сырье, дешевое как грязь», и действительно,
ассемблеры будут способны делать почти все что угодно из грязи и солнечного
света. Космические ресурсы, однако, изменят "дешевое как "грязь" в "дешевле
грязи": верхний слой почвы имеет ценность в экосистеме Земли, но камни из
астероидов прибудут из мертвой и тоскливой пустыни. Таким же самым образом,
ассемблеры в космосе будут сцеживать дешевый солнечный свет.
Космические ресурсы огромны. Один астероид мог бы похоронить все континенты
Земли под километровым слоем сырья. Космос поглощает 99.999999955 процентов
света Солнца, который не падает на Землю, и большая часть уходит в межзвездную
пустоту.
Космос содержит материю, энергию и пространство, достаточные для проектов
громадного размера, включая обширные космические поселения. Системы на базе
репликаторов будут способны строить миры размера континентов, походящие на
цилиндры доктора О'Нейлла, но сделанные из прочного материала на базе углерода.
Со всеми этими материалами и водой из ледяных лун других солнечных систем, мы
будем способны создавать не только земли в космосе, но целые моря, шире и
глубже, чем Средиземное. Построенные с помощью энергии и из материалов космоса,
эти широкие новые земли и моря не будут стоить Земле и её людям почти ничего в
терминах ресурсов. Главное требование будет запрограммировать первый репликатор,
но системы ИИ с этим помогут. Самой большой проблемой будет решить, чего же мы
хотим.
Как Константин Циолковский писал в начале двадцатого века, "Человек не всегда
будет оставаться на Земле; поиски света и пространства будут вести его к
проникновению за границы атмосферы, сначала робко, но в конце чтобы завоевать
все солнечное пространство." В мертвый космос мы принесем жизнь.
А репликаторы дадут нам ресурсы, чтобы достичь звезд. Световой парус,
подталкиваемый к звездам лишь солнечным светом, скоро оказался бы дрейфующим в
темноте - быстрее любой современной ракеты, но всё же настолько медленно, что
потребуются тысячелетия для того чтобы пересечь межзвездное пространство. Однако
мы можем построить огромное количество лазеров, вращающихся вокруг Солнца, и с
их помощью запускать лучи намного дальше нашей солнечной системы, разгоняя парус
вплоть до скорости света. В этом случае перелет займет лишь годы.
Проблему представляет торможение. Фриман Дайсон из Принстона предлагает
тормозить корабль с помощью магнитных полей в ионизированном межзвездном газе.
Роберт Форвард из "Хьюджез рисерч лабораториз" предлагает отражать свет лазера
от паруса для того чтобы тормозить меньший парус, следующий позади. Этот способ
или иной (а их есть ещё много), звезды находятся в пределах нашей досягаемости.
На многие годы, однако, солнечная система может обеспечивать достаточно места.
Околоземный космос содержит места для земли с площадью миллион площадей земной
поверхности. Нет ничего, что могло бы препятствовать эмиграции или визитам
обратно в старую страну. У нас не будет проблем с обеспечением энергией
транспортной системы, солнечный свет, падающий на Землю, обеспечивает за десять
минут достаточно энергии для того чтобы все население Земли вывести на орбиту. И
космические путешествия, и космические поселения станут дешевыми. Если мы мудро
распорядимся молекулярной технологией, наши потомки будут удивляться, что нас
так долго (и в такой бедности) удерживало на Земле.
Общество с положительной суммой
Могло бы показаться, что стоимость всего - даже земли, если каждому не захочется
тысяч километров камня под ногами - понизится до нуля. В некотором смысле, это
почти правильно; в другом смысле, это ошибочно. Люди всегда будут ценить
материю, энергию, информацию и подлинно человеческое обслуживание, поэтому все
ещё будет иметь свою стоимость. И, в конечном счете, мы встанем перед реальными
пределами роста, так что стоимость ресурсов не может быть сброшена со счетов.
Тем не менее, если мы выживем, репликаторы и космические ресурсы принесут долгую
эру, в которой настоящие пределы ресурсам ещё не будут нас стеснять - эра, когда
по нашим сегодняшним стандартам даже огромное богатство будет казаться
практически бесплатным. Это может показаться слишком хорошим, чтобы быть
правдой, но природа (как обычно) не устанавливает свои границы в зависимости от
человеческих ощущений. Наши предки когда-то думали, что разговаривать с кем-то
за морем (многомесячный морской переход на парусном корабле) было бы слишком
хорошо, чтобы быть правдой, но кабели, проложенный под морем, и спутники,
летающие над ним, тем не менее работают.
Но имеется иной, менее приятный ответ для тех, кто думает, что ассемблеры слишком хорошо, чтобы быть правдой: ассемблеры также угрожают принести опасности
и оружие, более опасные, чем все виденное до сих пор. Если нанотехнологию нельзя
было бы контролировать но можно было бы избежать, то здравомыслящие люди бы её
избегали. Однако гонка технологий наверняка породит ассемблеры из биотехнологии
- как она родила космические корабли из ракет. Только военные преимущества сами
по себе будут достаточны для того чтобы сделать прогресс почти неизбежным.
Ассемблеры неизбежны, но: они могут контролироваться.
Наша серьезная задача - избежать опасностей, но это потребует сотрудничества, и
более вероятно, что мы будем сотрудничать, если поймем, как мы сможем извлечь из
этого пользу. Перспектива космоса и самовоспроизводящихся ассемблеров может
помочь нам прояснить один древний и опасный мим.
Человеческая жизнь когда-то была подобна игре с нулевой суммой. Человечество
жило близко к своему экологическому пределу, и племена боролись друг с другом за
жизненное пространство. Где дело касалось пастбищ, земли для возделывания и
территорий, где можно охотиться, больше для одной группы означало меньше для
другой. Поскольку выигрыш одного примерно равнялся проигрышу другого, чистая
общая выгода равнялась нулю. Однако люди, которые сотрудничали по другим
вопросам, преуспевали, и таким образом наши предки научились не только
захватывать, но и кооперироваться и строить.
Где дело касается налогов, трансфертных платежей и сражений в суде, больше для
одного все ещё значит меньше для другого. Мы увеличиваем общее богатство
медленно, а перераспределяем его стремительно. В любой данный день наши ресурсы
кажутся постоянными, и это вызывает иллюзию, что жизнь - это жизнь с нулевой
суммой. Эта иллюзия подсказывает, что широкая кооперация бессмысленна, потому
что наш выигрыш должен следовать из проигрыша какого-либо противника.
История прогресса человечества доказывает, что мировая игра может быть с
положительной суммой. Ускорение экономического роста за последние века
показывает, что богатый может стать богаче, в то время как бедный становится
тоже более богатым. Несмотря на прирост населения (и идее относительно деления
постоянного пирога), среднее богатство на человека по всему миру, включая страны
третьего мира, устойчиво становится больше. Экономические колебания, повороты
вспять местного значения, и естественная тенденция средств массовой информации
фокусироваться на плохих новостях - все это объединяется, чтобы затемнить факт
экономического роста, но общедоступные данные показывают это с достаточной
очевидностью. Космические ресурсы и самовоспроизводящиеся ассемблеры ускорят эту
историческую тенденцию выше мечтаний экономистов, запуская человечество в новый
мир.
Глава 7. МАШИНЫ ИСЦЕЛЕНИЯ
Одна из того, что отличает наше от всех предыдущих поколений - это то, что мы
видели атомы, из которых состоим.
КАРЛ К. ДАРРОУ, Ренессанс Физики
МЫ БУДЕМ ИСПОЛЬЗОВАТЬ молекулярную технологию для того чтобы принести здоровье,
потому что человеческое тело сделано из молекул. Больные, старые и раненные все страдают того, что атомы устроены в неправильные структуры, которые
появились будь то из-за вторжения вирусов, прошествия времени или свернувших с
дороги автомобилей. Устройства, способные переупорядочить атомы будут способны
устанавливать их в правильное положение. Нанотехнология принесет фундаментальный
прорыв в медицине.
Сейчас врачи полагаются в основном на хирургию и лекарства для лечения болезни.
Хирурги продвинулись от зашивания ран и ампутации конечностей к восстановлению
сердца и пришиванию конечностей. С использованием микроскопов и точных
инструментов, они соединяют тонкие сосуды крови и нервы. Однако даже самый
лучший микрохирург не может разрезать и сшить более тонкие структуры ткани.
Современные скальпели и нити для сшивания ран просто слишком грубы для починки
капилляров, клеток и молекул. Рассмотрите "тонкую" хирургию с клеточной
перспективы: вонзается огромное лезвие, разрубая вслепую мимо и через
молекулярные механизмы огромного количества клеток, убивая при этом тысячи.
Затем огромный обелиск ныряет сквозь разделенные толпы клеток, протаскивая за
собой кабель, широкий как товарный поезд, чтобы связать эти толпы клеток снова.
С клеточной перспективы, даже самая тонкая хирургия, выполняемая самыми тонкими
скальпелями и с величайшим мастерством, все же ещё работа мясника. Только
способность клеток изолировать мертвые, перегруппировываться и размножаться
делает лечение возможным.
Однако, как слишком хорошо знают многие парализованные жертвы несчастных
случаев, не все ткани заживают.
В отличие от хирургии, лекарственная терапия имеет дело с самыми тонкими
структурами в клетках. Молекулы лекарств - простые молекулярные устройства.
Многие воздействуют на специфические молекулы в клетках. Молекулы морфия,
например, связываются с определенными рецепторными молекулами в мозговых
клетках, воздействуя на нейронные импульсы, которые сигнализируют о боли.
Инсулин, бета-блокираторы и другие лекарства соответствуют другим рецепторам. Но
молекулы лекарств действуют без направления. Будучи один раз введенными в тело,
они толкаются и ударяются везде в растворе случайным образом до тех пор, пока
они не ударятся в целевую молекулу, окажутся соответствующими и прилипнут,
воздействуя на её функцию.
Хирурги могут видеть проблемы и планировать действия, но у них имеются грубые
инструменты; молекулы лекарств воздействуют на ткани на молекулярном уровне, но
они слишком просты, чтобы ощущать, планировать и действовать. Но молекулярные
машины, управляемые нанокомпьютерами предложат врачам иную альтернативу. Они
объединят датчики, программы и молекулярные инструменты для того чтобы
образовывать системы, способные исследовать и восстанавливать элементарные
компоненты отдельных клеток. Они привнесут хирургический контроль в молекулярную
область.
Эти продвинутые молекулярные устройства появятся лишь через годы, но
исследователи, мотивируемые потребностями медицины, уже изучают молекулярные
машины и молекулярный инжиниринг. Лучшие лекарства воздействуют на определенные
молекулярные машины определенными способами. Пенициллин, например, убивает
некоторые бактерии, предотвращая работу наномашин, которые бактерии используют
для постройки стенок своей клетки. При этом он почти не воздействует на
человеческие клетки.
Биохимики изучают молекулярные машины для того чтобы и научиться, как их
строить, и научиться, как их разрушать. Во всем мире (и особенно в странах
третьего мира) отвратительное разнообразие вирусов, бактерий, простейших,
грибов, и червей паразитируют на человеческой плоти. Подобные пенициллину,
безопасные эффективные лекарства от этих болезней нейтрализовали бы молекулярные
машины, оставляя молекулярные машины человека нетронутыми. Доктор Сеймур Соген,
профессор фармакологических наук из SUNY (Стони Брук, Нью-Йорк) утверждает, что
биохимики должны систематически изучать молекулярные машины этих паразитов. Как
только биохимики определили форму и функцию жизненно важной белковой машины, в
большом числе случаев они могут разработать молекулу, сделанную так, чтобы
блокировать её действие и разрушать ее. Подобные лекарства могли бы освободить
человечество от таких древних ужасов как schistosomiasis и проказа, и от таких
новых как СПИД.
Фармацевтические компании уже переделывают молекулы, основываясь на знании того,
каким образом они работают. Исследователи компании Апджон разработали и сделали
измененные молекулы вазопрессина - гормона, который состоит из короткой цепи
аминокислот. Вазопрессин усиливает работу сердца и снижает скорость, с которой
почки вырабатывают мочу; это увеличивает кровяное давление. Исследователи
разработали модифицированные молекулы вазопрессина, которые воздействуют на
молекулы-рецепторы в почках в большей степени, чем на молекулы-рецепторы в
сердце, придавая им более специфический и контролируемый медицинский эффект. Ещё
более недавно, они разработали модифицированные молекулы вазопрессина, которые
присоединяются к рецепторным молекулам почек, не оказывая прямого эффекта, таким
образом блокируя и подавляя действие естественного вазопрессина.
Потребности медицины будут двигать эту работу вперед, мотивируя исследователей
предпринимать дальнейшие шаги по проектированию белка и молекулярному
инжинирингу. Давление и медицинских, и военных, и экономических факторов толкают
нас в одном и том же направлении. ещё даже до ассемблерной революции
молекулярная технология будет давать нам впечатляющие успехи в медицине;
тенденции в биотехнологии это гарантируют. Однако, эти успехи будут в целом
постепенными и труднопредсказуемыми, и каждое будет использовать свое небольшое
поле в биохимии. Далее, когда мы применим ассемблеры и системы технического ИИ к
медицине, мы получим широкие способности, которые легче предвидеть.
Чтобы понять эти способности, рассмотрим клетки и их механизмы
самовосстановления. В клетках вашего тела, естественные радиация и вредные
химические вещества расщепляют молекулы, производя химически активные
молекулярные фрагменты. Они могут ошибочно присоединяться к другим молекулам в
процессе, называемом перекрестным связыванием. Также как шарики и капельки клея
повредили бы машину, так же радиация и химически активные фрагменты повреждают
клетку, и разрушая молекулярные машины и «склеивая» их.
Если ваши клетки не могли бы восстанавливать себя, повреждение быстро убило бы
их или сделало бы их неконтролируемыми, повреждая их системы управления. Но
эволюция благоприятствовала организмам с машинами, способными что-то делать с
этой проблемой. Самовоспроизводящаяся производственная система, описанная в
главе 4, чинила себя путем замены поврежденных частей; клетки делают то же
самое. До тех пор, пока клеточная ДНК сохраняется неповрежденной, она может
производить безошибочные ленты, которые направляют рибосомы на сборку новых
белковых машин.
К нашему сожалению, ДНК повреждается и сама, что ведет к мутациям. Ремонтирующие
ферменты до некоторой степени компенсируют повреждения ДНК, обнаруживая и
восстанавливая некоторые их виды. Подобный ремонт помогает клеткам выживать, но
существующие механизмы ремонта слишком просты, чтобы исправлять все проблемы,
будь то в ДНК или где-то еще. Ошибки накапливаются, внося свой вклад в старение
и смерть клеток, а также самих людей.
Жизнь, разум и машины
Имеет ли смысл описывать клетки как "машины", будь то самовосстанавливающиеся,
или нет? Поскольку мы сделаны из клеток, могло бы казаться унизительным сводить
людей к "просто машинам", что противоречит холистическому пониманию жизни.
Но словарное определение "холизма" - "теория, что действительность составлена из
органичных или объединенных целых, которые есть больше, чем простая сумма их
частей". Это, конечно, применяется к людям: просто сумма наших частей, без
разума и жизни, походила бы на гамбургер.
Человеческое тело включает приблизительно 1022 белковых частей, и ни одна машина
подобной сложности не заслуживает ярлыка "просто". "Любое краткое описание такой
сложной системы точно будет весьма неполным, однако на клеточном уровне описание
в терминах машин имеет смысл. Молекулы имеют простые движущиеся части, многие из
которых действуют подобно знакомому роду машин. Клетки, рассматриваемые как
целое, могут казаться менее механическими, однако биологи находят полезным
описать их в терминах молекулярных машин.
Биохимики раскрыли то, что когда-то было главными тайнами жизни, и начали
заполнять детали. Они проследили, каким образом молекулярные машины расщепляют
молекулы пищи на их составные части и затем повторно собирают эти части для того
чтобы строить и обновлять ткани. Многие детали структуры человеческих клеток
остаются неизвестными (отдельные клетки содержат миллиарды больших молекул тысяч
различных видов), но биохимики нанесли на карту каждую часть некоторых вирусов.
Биохимические лаборатории часто вешают на стену огромную диаграмму,
показывающую, как основные молекулярные строительные блоки плавают внутри
бактерии. Биохимики понимают в деталях многое из жизненных процессов, а то, что
они не понимают, по-видимому, действует по тем же самым принципам. Тайна
наследственности превратилась в индустрию генной инженерии. Даже эмбриональное
развитие и память сейчас объясняются в терминах изменения в биохимии и клеточной
структуре.
В последние десятилетия само качество нашего остающегося незнания изменилось.
Когда-то, биологи смотрели на жизненный процесс и спрашивали: "Как это может
быть?" Но сегодня они понимают общие принципы жизни, и когда они изучают
специфический жизненный процесс, они обычно спрашивают: "Из многих способов, как
это может быть, какой выбрала природа?" Во многих случаях их исследования сузили
конкурирующие объяснения в какой-либо области до одного. Определенные
биологические процессы - координация клеток для образования растущего эмбриона,
обучающегося мозга и реагирующей иммунной системы - все ещё представляют
серьезную задачу для воображения. Однако это не потому, что есть какая-то
глубокая тайна в том, каким образом работают их части, но из-за громадной
сложности того, как их многие части взаимодействуют друг с другом для того чтобы
образовывать целое.
Клетки подчиняются тем же самым естественным законам, которые описывают и
остальной мир. Белковые машины в правильном молекулярном окружении будут
работать, остаются ли они в функционирующей клетке или эта клетка была ли
размолота и размыта многие дни назад. Молекулярные машины ничего не знают о
"жизни" и "смерти".
Биологи, когда им нужно, иногда определяют жизнь как способность расти,
воспроизводиться и реагировать на раздражители. Но по этому стандарту глупая
система самовоспроизводящихся фабрик могла бы квалифицироваться как жизнь, в то
время, как сознательный искусственный интеллект, смоделированный на человеческом
мозге, мог бы так не квалифицироваться. Являются ли вирусы живыми или они
"просто" очень совершенные молекулярные машины? Никакой эксперимент не может об
этом сказать, потому что природа не проводит никакой линии между живым и
неживым. Биологи, которые работают с вирусами, вместо этого задают вопрос о
жизнеспособности: "Будет ли этот вирус функционировать, если ему дать
возможность?" Ярлыки "жизнь" и "смерть" в медицине зависят от медицинских
возможностей: врачи спрашивают: "Будет ли пациент функционировать, если мы
приложим все усилия?" Когда-то врачи объявляли пациентов мертвыми, как только
останавливалось сердце; теперь они объявляют пациентов мертвыми, когда они
теряют надежду на восстановление мозговой деятельности. Успехи в кардиологии
когда-то изменили определение; успехи в медицине мозга изменят его ещё раз.
Также некоторые люди чувствуют себя некомфортно с идеей, что машины лежат в
основе нашего мышления. Слово "машина" снова, кажется, вызывает неправильный
образ - картину чего-то большого, гремящего металлом, а не мерцание сигналов
вдоль бегущей волны или нейронным волокнам, по живой ткани, более сложной, чем
способен полностью понять разум, который она воплощает. Действительно подобные
машинам машины мозга имеют размер молекул - меньше, чем самые тонкие волокна.
Целое не обязательно должно походить на свои части. Твердый кусок чего-нибудь
едва ли походит на танцующий фонтан, однако совокупность твердых, бугристых
молекул образует текучую воду. Подобным образом миллиарды молекулярных машин
образуют нейронные волокна и синапсы, тысячи волокон и синапсов образуют нервную
клетку, миллиарды нервных клеток образуют мозг, а сам мозг воплощает текучесть
мысли.
Сказать, что разум - это "всего лишь "молекулярные машины" "- подобно
высказыванию, что Мона Лиза является "только мазками краски". Подобные
утверждения путают части с целым и путают материю со структурой, которую материя
воплощает. Мы нисколько не менее человечны из-за того, что сделаны из молекул.
От лекарств к машинам ремонта клеток
Будучи сделанными из молекул и имея человеческое беспокойство о нашем здоровье,
мы применим молекулярные машины к биомедицинской технологии. Биологи уже
используют антитела для того чтобы помечать белки, ферменты - чтобы разрезать и
соединять ДНК, а шприцы вирусов (такие как у вируса-фага T4) - чтобы впрыскивать
отредактированную ДНК в бактерию. В будущем они будут использовать построенные
ассемблерами наномашины для того чтобы исследовать и модифицировать клетки.
С инструментами, подобными дизассемблерам, биологи будут способны изучить
структуры клетки до конца, до молекулярных деталей. Далее они занесут в каталог
сотни тысяч видов молекул тела и построят карту структуры сотен видов клеток. Во
многом также как инженеры могли составлять перечень частей и создавать
инженерные чертежи автомобиля, также биологи опишут части и структуры здоровой
ткани. К тому времени им будут помогать сложные системы технического ИИ.
Врачи стремятся сделать ткани здоровыми, но с помощью лекарств и хирургии, они
могут только стимулировать ткани себя восстанавливать. Молекулярные машины дадут
возможность более непосредственного ремонта, начиная новую эру в медицине.
Чтобы починить автомобиль, механик сначала добирается до дефектного узла, затем
опознает и удаляет плохие детали, и наконец их восстанавливает или заменяет.
Ремонт клетки будет включать те же самые основные задачи - задачи, которые живые
системы уже доказали, что они возможны.
Доступ. Белые клетки крови покидают кровяное русло и движутся через ткань, а
вирусы входят в клетки. Биологи даже втыкают в клетки иглы, и это их не убивает.
Такие примеры показывают, что молекулярные машины могут добираться и входить в
клетки.
Распознавание. Антитела и волокна хвоста фага T4, а на самом деле все
специфические биохимические взаимодействия, показывают, что молекулярные
системы, входя в контакт с другими молекулами, могут их распознавать.
Разборка. Пищеварительные ферменты (и иные, более жестокие химические вещества)
показывают, что молекулярные системы могут разбирать поврежденные молекулы.
Восстановление. Воспроизводящиеся клетки показывают, что молекулярные системы
могут строить или восстанавливать любую молекулу, обнаруживаемую в клетке.
Повторная сборка. Природа также показывает, что отделенные молекулы могут быть
собраны вместе снова. Например, механизмы фага T4 собирают сами себя из
раствора, чему, очевидно, помогает единственный фермент. Воспроизводящиеся
клетки показывают, что молекулярные системы могут собирать любую из систем,
обнаруживаемых в клетке.
Таким образом, природа демонстрирует все основные операции, необходимые для того
чтобы выполнять ремонт клеток на молекулярном уровне. Что более важно, как я
описал в главе 1, системы, основанные на наномашинах, будут большей частью более
компактны и обладать большими возможностями, чем обнаруживаемые в природе.
Естественные системы показывают только нижние границы возможного в ремонте
клеток, также как и во всем остальном.
Машины ремонта клеток
Короче говоря, с молекулярной технологией и техническим ИИ мы будем делать
полные описания здоровой ткани на молекулярном уровне, и будем строить машины,
способные входить в клетки, понимать и изменять их структуры.
Машины ремонта клеток будут сопоставимы по размеру с бактериями и вирусами, но
их более компактные детали ""позволят им быть более сложными. Они будут
проходить через ткань, как это делают белые клетки крови, и входят в клетки, как
это делают вирусы, или они могли бы открывать и закрывать клеточные мембраны с
хирургической аккуратностью. Внутри клетки машина ремонта первым делом составит
представление о ситуации, исследуя содержимое клетки и её функционирование, а
далее будет предпринимать действия. Первые машины ремонта клеток будут высоко
специализированными, способными распознавать и исправлять только один тип
молекулярных нарушений, таких как дефицит ферментов или форма повреждения ДНК. В
дальнейшем (но не намного позже, так как продвинутые системы технического ИИ
будут выполнять работы по разработке) машины будут программироваться более
общими способностями.
Для сложных машин ремонта будут нужны нанокомпьютеры для того чтобы ими
управлять. Механический компьютер шириной в микрон, такой как описан в главе 1,
будет умещаться в 1/1000 объема средней клетки, однако будет вмещать больше
информации, чем клеточная ДНК. В системе ремонта, подобные компьютеры будут
управлять более маленькими и простыми компьютерами, которые в свою очередь будут
управлять машинами, направляя их на исследование, разборку и перестройку
поврежденных молекулярных структур.
Отрабатывая молекулу за молекулой и структуру за структурой, машины ремонта
будут способны восстанавливать целые клетки. Отрабатывая клетку за клеткой и
ткань за тканью, они (с помощью больших устройств, там, где это необходимо)
будут способны восстанавливать целые органы. Отрабатывая орган за органом по
всему телу, они восстановят здоровье. Поскольку молекулярные машины будут
способны строить молекулы и клетки с нуля, они будут способны исправлять даже
клетки, поврежденные до степени полной неработоспособности. Таким образом, с
машинами ремонта клеток произойдет фундаментальный прорыв: они освободят
медицину от необходимости полагаться на самовосстановление как единственный
способ лечения.
Чтобы представить себе продвинутую машину ремонта клеток, представьте себе её и
клетку увеличенными так, что атомы станут размером с маленький мраморный шарик.
В этом масштабе самые маленькие инструменты машин ремонта будут примерно с
кончики ваших пальцев; белок среднего размера, такой как гемоглобин, будет
размером с печатающую машинку; а рибосома будет размером со стиральную машину.
Устройство ремонта содержит простой компьютер размером с небольшой трактор, и
условия для хранения информации и приводящей в движение энергии. Объем в десять
метров в диагонали - размер 3-этажного дома, содержит все эти части и более
этого. С частями размером с мраморные шарики, умещенные в этот объем, машины
ремонта смогут делать сложные вещи.
Но такое ремонтное устройство не работает в одиночестве. Оно, также как многие
его братья и сестры, связано с большим компьютером посредством механических
связей для передачи данных, диаметром как ваша рука. В этом масштабе, компьютер
размером в кубический микрон с большой памятью заполнит объем в тридцать этажей
в высоту и шириной как футбольное поле. Ремонтные устройства передают ему
информацию, а он предает обратно общие инструкции. Объекты такие большие и
сложные, тем не менее, достаточно маленькие: в этом масштабе сама клетка будет
длинной в километр, вмещая в себе тысячи объемов компьютеров размером в один
кубический микрон, и миллионы раз вмещая в себе объем отдельного ремонтного
устройства. В клетках много места!
Будут ли такие машины способны делать всё необходимое для восстановления клеток?
Существующие молекулярные машины демонстрируют способность проходить через
ткани, входить в клетки, распознавать молекулярные структуры, и т.д., но
остальные требования также важны. Будут ли машины ремонта работать достаточно
быстро? Если они будут, будут ли они расходовать настолько много энергии, что
изжарят пациента?
Самый обширный ремонт не может требовать значительно большего количества работы,
чем создание клетки с нуля. Однако, молекулярные машины, работающие в пределах
объема клетки, всё время делают именно это, строя новую клетку за время от
десятков минут (для бактерий) до нескольких часов (для млекопитающих). Это
показывает, что машины ремонта, занимающие несколько процентов от объема клетки,
будут способны выполнить обширный ремонт за разумное время - дни или, самое
большее, недели. Клетки могут выделить необходимое пространство. Даже клетки
мозга все ещё функционируют, когда мертвый продукт жизнедеятельности, называемый
липофусцином (очевидно, продукт молекулярного повреждения клеток) заполняет
более десяти процентов от их объема.
Снабжать энергией устройства ремонта будет несложно: клетки естественным образом
содержат химические вещества, которые дают энергию наномашинам. Природа также
показывает, что машины ремонта можно охлаждать: в вашем теле клетки постоянно
себя переделывают, и молодые животные стремительно растут, не изжаривая себя
выделяемым теплом. Чтобы распорядиться теплом от подобного уровня активности
ремонтных машин, потеть не придется, а если даже и придется, то не слишком
сильно, если неделя потения - это цена здоровья.
Все эти сравнения машин ремонта с существующими биологическими механизмами
поднимают вопрос того, будут ли машины ремонта способными улучшить нашу природу.
Ремонт ДНК дает ясную иллюстрацию.
Так же, как неграмотная "машина по ремонту книг" могла бы распознавать и
восстанавливать порванную страницу, также ферменты ремонта клетки могут
распознавать и восстанавливать разрывы и перекрестное связывание в ДНК.
Исправление ошибок записи (или мутаций), тем не менее, требовало бы способности
читать. В природе не существует таких машин ремонта, но их будет легко
построить. Представьте себе три идентичные молекулы ДНК, каждая из которых
содержит одну и ту же последовательность нуклеотидов. Теперь представьте себе,
что в каждой нити произведены мутации так, что случайным образом изменен порядок
нескольких нуклеотидов. Каждая нить все ещё кажется нормальной, если её взять
саму по себе. Тем не менее, машина ремонта могла бы сравнить каждую нить с иной,
один сегмент за другим, и могла бы заметить, когда нуклеотид не соответствует
своей паре. Замена неправильных нуклеотидов таким образом, чтобы они
соответствовали двум остальным, исправит повреждение.
Этот метод не будет работать, если две нити мутируют в одном и том же месте.
Представьте, что ДНК трех человеческих клеток были тяжело повреждены - после
тысяч мутаций в каждой клетке один нуклеотид на миллион был изменен. Шанс, что
наша трехниточная процедура коррекции не сможет помочь делу в любой данной точке
примерно один из миллиона миллионов. Но сравните пять ниток сразу, и шансы
станут один на миллион миллионов миллионов и т.д. Устройство, которое
сравнивание множество нитей, сделает возможность существования неисправимых
ошибок практически нулевой.
В реальности машины ремонта сравнят молекулы ДНК из нескольких клеток, сделают
исправленные копии, и будут их использовать как образцы для проверки ошибок и
восстановления ДНК по всей ткани. Сравнивая несколько нитей, машины ремонта
разительно улучшат наши природные ремонтные ферменты.
Иние виды ремонта потребуют различной информации о здоровых клетках и о том, как
конкретная поврежденная клетка отличается от нормы. Антитела идентифицируют
белки при соприкосновении, и должным образом выбранные антитела могут в общем
случае отличать любые два белка по их отличающимся формам и поверхностным
свойствам. Машины ремонта будут идентифицировать молекулы аналогичным образом. С
подходящим компьютером и базой данных, они будут способны идентифицировать
белки, читая их аминокислотные последовательности.
Рассмотрим сложную и многофункциональную систему ремонта. Объем двух кубических
микрон - примерно 2/1000 объема средней клетки - будет достаточно, чтобы
содержать центральную базу данных системы способной:
1. Быстро идентифицировать любой из сотни тысяч или около того различных
человеческих белков, исследуя короткую аминокислотную последовательность. 2.
Идентифицировать все остальные сложные молекулы, обычно находимые в клетках. 3.
Делать запись типа и положения каждой большой молекулы в клетке.
Каждое из меньших устройств ремонта (возможно тысяч в одной клетке) будет
включать компьютер с меньшими возможностями. Каждый из этих компьютеров будет
способен выполнять более чем тысяча вычислительных шагов за время, которое
потребуется среднему ферменту, чтобы заменить всего одну молекулярную связь, так
что скорость вычислений, возможно, кажется более чем адекватной. Поскольку
каждый компьютер будет на связи с большим компьютером и центральной базой
данных, наличная память также кажется адекватной. Машины ремонта клеток будут
иметь и молекулярные инструменты, которые им необходимы, и "мозги" в достаточном
количестве для того чтобы решить, как эти инструменты использовать.
Подобная сложность будет даже слишком сильным средством для многих проблем
здоровья. Устройств, которые просто распознают и уничтожают определенный вид
клетки, например, будет достаточно для того чтобы вылечить рак. Размещение сети
компьютеров в каждой клетке может походить на резку масла циркулярной пилой, но
наличие циркулярной пилы дает уверенность, что даже очень твердое масло будет
порезано. Кажется, лучше показать слишком много, чем слишком мало, если кто-то
стремится описать пределы возможного в медицине.
Некоторые средства
Самые простые медицинские применения наномашин будут включать не ремонт, а
выборочное разрушение. Раковые образования - один из примеров; инфекционные
болезни - ещё один. Цель проста: необходимо лишь распознать и уничтожить опасные
репликаторы, будь то бактерии, раковые клетки, вирусы или черви. Аналогично
ненормальные наросты и отложения на стенках артерий вызывают большинство
сердечных заболеваний; машины их распознают, разрушат и избавление от них
освободит артерии для более нормального кровотока. Выборочное разрушение также
излечит заболевания, такие как герпес, при котором вирус встраивает свои гены в
ДНК клетки-хозяина. Ремонтное устройство войдет в клетку, прочитает её ДНК и
удалит вставки, которые читаются как "герпес".
Восстановление молекул, поврежденных перекрестным связыванием, будет также
довольно непосредственное. Столкнувшись с белком, поврежденным перекрестным
связыванием, машина ремонта клетки сначала его идентифицирует, исследовав
короткие аминокислотные последовательности, затем посмотрит правильную структуру
в базе данных. Далее машина сравнит белок с тем, каким он должен быть, одну
аминокислоту за другой. Также как корректор в типографии находит ошибки и
опечатки (опеч#тки), она найдет любые измененные аминокислоты или неправильное
перекрестное связывание. Исправляя эти дефекты, она оставит обычным белкам
только выполнять нормальную работу клетки.
Машины ремонта также помогут излечению. После сердечного приступа, мертвый
мускул заменяется тканью шрама. Машины ремонта стимулируют сердце вырастить
новый мускул, переустановив клеточные механизмы управления. Удалив ткань шрама и
управляя новым ростом, они направят сердце на исцеление.
Этот список мог бы продолжаться и продолжаться от одной проблеме к другой
(Отравление тяжелыми металлами? - Найти и удалить атомы металла), но легко
сделать вывод. Физические расстройства происходят от того, что атомы расположены
неправильно; машины ремонта будут способны вернуть их в рабочий порядок,
возвращая тело в здоровое состояние. Вместо того, чтобы составлять бесконечный
список излечиваемых болезней (от артрита, бурсита, рака и тропической лихорадки
до желтой лихорадки и цинковой простуды и обратно), имеет смысл посмотреть на
пределы того, что машины ремонта клеток могут делать. А пределы существуют.
Рассмотрим инсульт, как пример проблемы, повреждающей мозг. Предотвратить можно
будет непосредственно: Является ли кровеносный сосуд в мозгу ослабленным,
расширившимся и готовым лопнуть? Тогда верните ему нужную форму, и запустите
рост укрепляющих волокон. Ненормальные сгустки угрожают заблокировать циркуляцию
крови? Значит, растворите тромбы и нормализуйте кровь и внутренний слой кровяных
сосудов для того чтобы предотвратить повторение. Умеренное повреждение нейронов
из-за инсульта также можно будет исправить: если сниженная циркуляция имеет
ослабленную функцию, но оставляет структуру клеток неповрежденной, то
восстановите циркуляцию и почините клетки, используя их структуры как
руководство в восстановлении ткани в её предыдущее состояние. Это не только
восстановит функцию каждой клетки, но сохранит память и способности, хранящиеся
в нейронных структурах в этой части мозга.
Машины ремонта будут способны регенерировать новую мозговую ткань даже там, где
повреждение разрушило эти структуры. Но пациент терял бы старые воспоминания и
навыки до той степени, до которой они располагались в этой части мозга. Если
уникальные нейронные структуры действительно разрушены, то машины ремонта клеток
могут их восстановить не более, чем реставратор мог бы восстановить гобелен из
перемешанной золы. Потеря информации вследствие разрушения структур представляет
собой самое важное, фундаментальное ограничение для восстановления тканей.
Иные задачи находятся вне возможностей машин ремонта клетки по различным
причинам - например, поддержание умственного здоровья. Конечно, машины ремонта
клеток будут способны исправить некоторые проблемы. Расстроенное мышление иногда
имеет биохимические причины, как будто мозг вводил бы себе наркотики или
отравлял себя, а иные проблемы возникают из-за разрушения ткани. Но многие
проблемы имеют мало общего со здоровьем нервных клеток, а зато целиком связано
со здоровьем разума.
Разум и ткань мозга подобны роману и бумаге, из которой сделана эта книга.
Пролитые чернила или повреждения, причиненные наводнением, могут повредить
книге, делая роман трудным для чтения. Машины ремонта книг могли бы, тем не
менее, восстановить "физическое здоровье", удаляя инородные чернила или
высушивая и восстанавливая поврежденные волокна бумаги. Однако такое лечение не
имело бы ничего общего с содержимым книги, реальный смысл которого на самом деле
нематериален. Если книга была бы дешевым романом с шаблонным сюжетом и пустыми
словами, ремонт требовался бы не для чернил и бумаги, а для самого романа. Это
бы называлось не физическим ремонтом, а больше работой для автора, может быть с
некоторыми советами.
Точно так же удаление ядов из мозга и восстановление нервных волокон разрядит
некоторые туманы в уме, но не переделает содержание разума. Оно может быть
изменено пациентом, с усилием; все мы - авторы своих умов. Но поскольку умы
изменяют сами себя, изменяя мозг, наличие здорового мозга поможет здоровому
мышлению больше, чем качественная бумага способствует здоровому письму.
Читатели, знакомые с компьютерами могут предпочитать думать в терминах
аппаратных средств ЭВМ и программного обеспечения. Машина могла бы
восстанавливать аппаратные средства ЭВМ компьютера, не понимая и не изменяя его
программное обеспечение.
Подобные машины могли бы останавливать деятельность компьютера, но оставлять
структуры в памяти неповрежденными и готовыми работать снова. В компьютерах с
нужным видом памяти (называемой "энергонезависимой"), пользователи это делают,
просто выключая питание. Работа мозга кажется более сложной, однако могли бы
найтись преимущества с медицинской точки зрения в том, чтобы вызывать подобные
состояния.
Анестезия плюс
Врачи уже останавливают, перезапускают сознание, вмешиваясь в химические
процессы, которые лежат в основе разума. На всем протяжении активной жизни
молекулярные машины в мозгу обрабатывают молекулы. Некоторые разбирают на
составные части сахар, комбинируют их с кислородом, и забирают энергию, которая
при этом высвобождается. Некоторые перекачивают ионы соли через клеточные
мембраны; другие строят маленькие молекулы и высвобождают их, чтобы давать
сигналы другим клеткам. Подобные процессы образуют обмен веществ мозга, итог
всей его химической деятельности. Вместе со своими электрическими эффектами,
этот обмен веществ лежит в основе изменяющихся структур мысли.
Хирурги оперируют людей скальпелями. В середине 1800-ых, они научились
использовать химические вещества, которые вмешиваются в обмен веществ мозга,
блокируя сознательную мысль и предотвращая слишком энергичное сопротивление
пациентов тому, чтобы их резали. Эти химические вещества - обезболивающие. Их
молекулы свободно входят и покидают мозг, позволяя анестезиологам прерывать и
восстанавливать человеческое сознание.
Люди давно мечтают об открытии препарата, который бы вмешивался в метаболизм
всего тела, препарат, способный прерывать метаболизм полностью в течение часов,
дней или лет. Результатом было бы состояние биостаза (от био-, что значит
"жизнь", и -стаз, что значит "остановка" или "стабильное состояние"). Метод
продуцирования обратимого биостаза мог бы помочь космонавтам в долгих
космических путешествиях для того чтобы сэкономить еду и избежать скуки, или он
мог бы служить чем-то вроде однонаправленной машины времени. В медицине биостаз
обеспечил бы длительную анестезию, давая врачам больше времени, чтобы работать.
Когда случаются несчастные случаи вдали от медицинской помощи, хорошая процедура
биостаза обеспечила бы универсальный способ первой помощи: она бы
стабилизировала состояние пациента и предотвратила бы безумную работу
молекулярных машин и повреждение тканей.
Но никто не нашел препарата, способного полностью остановить метаболизм так, как
обезболивающие останавливают сознание - то есть так, чтобы можно было полностью
всё вернуть обратно, лишь вымыв препарат из тканей пациента. Тем не менее,
обратимый биостаз будет возможным, когда появятся машины ремонта.
Чтобы видеть, как один из возможных подходов мог бы работать, представьте, что
кровяной поток несет простые молекулярные устройства к тканям, где они входят в
клетки. Там они блокируют молекулярные машины обмена веществ, в мозгу и в иных
местах, и связывают структуры стабилизирующими перекрестными связями. Другие
молекулярные устройства далее входят, замещая воду и упаковывая себя плотно
вокруг молекул клетки. Такие шаги остановят метаболизм и сохранят клеточные
структуры. Поскольку машины ремонта клеток будут использоваться для обращения
этого процесса вспять, это может нанести умеренные молекулярные повреждения, но
никакого продолжительного вреда. При остановленном метаболизме и клеточных
структурах, жестко удерживаемых на своих местах, пациент будет спокойно
отдыхать, без сновидений и неизмененным, до тех пор, пока машины ремонта не
вернут ему активную жизнь.
Если пациент в этом состоянии был бы передан современному врачу,
неосведомленному о способностях машин ремонта клетки, последствия были бы,
вероятно, мрачны. Не наблюдая никаких признаков жизни, врач, вероятно, заключил
бы, что пациент мертв, и далее воплотил бы это суждение в реальность "прописав"
вскрытие, за которым последуют похороны или кремация.
Но наш воображаемый пациент живет в эпоху, когда биостаз, как известно, является
только приостановкой жизни, а не её концом. Когда контракт пациента говорит
"Разбудите меня!" (Или ремонт окончен, или полет к звезде завершен), врач,
ухаживающий за пациентом, начинает оживление. Машины ремонта входят в ткани
пациента, удаляя упаковку вокруг молекул пациента и заменяя их водой. Далее они
удаляют перекрестные связи, починяя все поврежденные молекулы и структуры, и
восстанавливая нормальные концентрации соли, сахара в крови,
аденазинтрифосфорной кислоты и т.д. Наконец, они разблокируют механизмы обмена
веществ. Приостановленный процесс метаболизма продолжится, пациент зевнет,
потянется, сядет, поблагодарит доктора, узнает, какое сегодня число, выйдет за
дверь и отправится восвояси.
От функции к структуре
Обратимость биостаза и необратимость серьезного повреждения из-за инсульта
помогает показать, каким образом машины ремонта клеток изменят медицину. Сегодня
врачи могут только помочь тканям себя излечивать. Соответственно они должны
пытаться сохранить функцию ткани. Если ткань не может функционировать, они не
могут излечить. Что хуже, если ткани не сохраняются, за этим следует их порча,
и, в конце концов, разрушение структуры. Это так же, как если бы механические
инструменты были бы способны работать только на работающей машине.
Машины ремонта клеток изменяют центральное требование сохранить функцию на
требование сохранить структуру. Как я отметил, обсуждая инсульт, машины ремонта
будут способны восстановить мозговую функцию с памятью и навыками
неповрежденными, только если отличительная структура участка нейронной ткани
сохраняется неповрежденной. Биостаз включает сохранение нейронной структуры, в
то время как тщательно блокирует функцию.
Все это - прямое следствие молекулярной природы ремонта. Врачи, использующие
скальпели и лекарства, могут чинить клетки не больше, чем кто-то с киркой и
банкой машинного масла может восстановить высокоточные часы. Напротив, наличие
машин ремонта и обычных питательных веществ будет подобно наличию инструментов
часовщика и неограниченной поставке запасных частей. Машины ремонта клетки
изменят медицину в её основе.
От лечения болезни к установлению здоровья
Медицинские исследователи сейчас изучают болезни, часто ища способы
предотвратить их или полностью обратить вспять, блокируя ключевой шаг в процессе
развития болезни. Получающееся в результате знание очень помогло врачам: они
теперь выписывают инсулин для компенсации диабета, противогипертонические
препараты для предотвращения инсульта, пенициллин, чтобы лечить инфекционные
заболевания, и так далее - весь список впечатляет. Молекулярные машины помогут в
изучении болезней, однако делают понимание болезни намного менее важным. Машины
ремонта сделают более важным само понимание здоровья.
Тело может болеть большим числом способов, чем быть здоровым. Здоровая ткань
мускула, например, различается достаточно малым количеством способов: она может
быть сильнее или слабее, быстрее или медленнее, иметь тот или иной антиген и
т.д. Поврежденная ткань мускула может различаться всеми этими способами, однако
также страдает от любой комбинации из деформаций, разрывов, вирусных инфекций,
паразитических червей, синяков, проколов, ядовитых веществ, сарком, изнуряющих
болезней и врожденных уродств. Аналогично, хотя нейроны переплетаются таким же
количеством способов, сколько существует человеческих мозгов, отдельные синапсы
и дендриты существуют в умеренном спектре форм, если они здоровы.
Как только биологи опишут нормальные молекулы, клетки и ткани, должным образом
запрограммированные машины ремонта будут способны вылечить даже неизвестные
болезни. Как только исследователи опишут диапазон структур, которые (например)
может иметь здоровая печень, машины ремонта, исследуя плохо работающую печень,
будут нуждаться только в обнаружении различий и их исправлении. Машины, не
знающие какой-либо новый яд и его эффекты, будут распознавать его как инородный
и удалять его. Вместо того, чтобы бороться с миллионом странных болезней,
продвинутые машины ремонта будут устанавливать само состояние здоровья.
Разработка и программирование машин ремонта клеток потребует больших усилий,
знаний и навыков. По-видимому, будет более легко построить машины ремонта с
широкими способностями, чем их запрограммировать. Их программы должны содержать
детальную информацию о сотнях видов клеток и сотнях тысяч видов молекул
человеческого тела. Они должны быть способны наносить на карту поврежденные
клеточные структуры и решать, каким образом их исправить. Как много времени
займет разработка таких машин и программ? Навскидку, состояние биохимии и её
сегодняшний темп продвижения вперед могли бы сказать, что сбор самого основного
знания займет века. Но мы должны принимать во внимание существование иллюзии,
что продвижения будут приходить в одиночку.
Машины ремонта ворвутся с волной иных технологий. Ассемблеры для их постройки
будут сначала использоваться для того чтобы строить инструменты анализа структур
клетки. Даже пессимист согласился бы, что люди-биологи и инженеры, вооруженные
этими инструментами могли бы построить и запрограммировать продвинутые машины
ремонта клеток за сотню лет непрерывной работы. Самоуверенный, дальновидный
пессимист мог бы сказать о тысяче лет. Действительно убежденный противник мог бы
объявить, что работа заняла бы миллион лет (для людей). Очень хорошо: в миллион
раз более быстрая система технического ИИ в миллион раз более быстрая, чем
ученые и инженеры, значит она разработает продвинутые машины ремонта клеток за
один календарный год.
Болезнь по имени "старение"
Старение естественно, но также была естественна оспа и наши усилия, чтобы её
предотвратить. Мы победили оспу, и, кажется, победим старение.
Средняя продолжительность жизни возросла, увеличилась за последнее столетие, но
в основном, потому, что лучшая санитарная профилактика и лекарства сократили
заболевания бактериальной природы. Непосредственно продолжительность жизни
увеличилась немного.
Однако, исследователи продвинулись в направлении понимания и замедления процесса
старения. Они идентифицировали некоторые из причин, такие как неконтролируемое
перекрестное связывание. Они разработали частичные решения проблемы, такие как
антиоксиданты и ингибиторы свободных радикалов. Они предположили и изучили иные
механизмы старения, такие как "клеточные часы" и изменения в гормональном
балансе организма. В лабораторных экспериментах специальные препараты и диеты
увеличивали продолжительность жизни мышей на 25-45 процентов.
Подобная работа будет продолжаться; по мере того как поколение 50-х стареет,
ожидайте бума в исследовании старения. Одна компания в сфере биотехнологии,
Сенетек Дания, специализируется в исследовании старения. В апреле 1985, Истман
Кодак и Ай-Си-Эн Фармасьютикал присоединились к проекту на 45 миллионов долларов
по производству изоприсина и иных препаратов, имеющих возможность по продлению
продолжительности жизни. Результаты обычных исследований против старения на
протяжении следующих десяти-двадцати лет могут значительно продлить человеческую
продолжительность жизни и улучшить здоровье пожилых людей. Насколько сильно
лекарства, хирургия, упражнения и диета могут продлить продолжительность жизни?
На сегодняшний день оценки все ещё вынужденно остаются догадками. Только новое
научное знание может вывести подобные предсказания из царства умозрительных
заключений, поскольку они опираются на новую науку, а не просто на новую
технологию.
С машинами ремонта клетки, однако, возможности продления жизни становятся
ясными. Они будут способны восстанавливать клетки, пока их специфические
структуры остаются неповрежденными, и будут способны заменить клетки, которые
были разрушены. Так или иначе, они будут восстанавливать здоровье. Старение, по
сути, ничем не отличается от любого другого физического расстройства; в нем нет
никакого волшебного влияния календарных дат на мистическую жизненную силу.
Хрупкие кости, морщинистая кожа, низкая ферментная активность, медленное
заживление ран, плохая память и всё остальное - всё происходит из повреждения
молекулярных машин, химических дисбалансов и нарушения порядка в структурах.
Восстанавливая структуру всех клеток и тканей тела до такой, как в молодости,
машины ремонта восстановят и здоровье, как в молодости.
Те кто доживет невредимыми до времен машин ремонта клетки, будут иметь
возможность восстановить здоровье юности и поддерживать его почти столько,
сколько они этого желают. Конечно, ничто не может дать человеку (или чему-нибудь
еще) продолжаться вечно, но предотвращая серьезные несчастные случаи, те, кто
этого хотят, смогут жить долгое, долгое время.
По мере того, как технология развивается, приходит время, когда её принципы
становятся понятными, а с ними многие из их следствий. Принципы ракетной техники
были ясны в 1930-ых, а с ними и следствие - космический полет. Заполнение
деталей включало разработку и тестирование баков, двигателей, приборов и т.д. К
началу 1950-х годов многие детали были известны. Древняя мечта полета на Луну
стала целью, которую можно было ставить в планы.
Принципы молекулярных машин уже ясны, и с ними следствие - машины ремонта
клетки. Заполнение деталей будет включать разработку молекулярных инструментов,
ассемблеров, компьютеров и т.д., но многие детали существующих молекулярных
машин известны сегодня. Древняя мечта достижения здоровья и долгой жизни стала
целью, которую можно ставить в планы.
Медицинские исследования ведет нас, шаг за шагом, по дороге к молекулярным
машинам. Глобальная конкуренция, чтобы сделать лучшие материалы, электронику и
биохимические инструменты подталкивает нас в том же самом направлении.
Разработка машин ремонта клеток займёт годы, но путь прямой и они ждут нас в его
конце.
Они принесут много возможностей - и для доброго и для злого. Достаточно лишь
подумать о репликаторах военного назначения со способностями, такими как у машин
ремонта клетки, чтобы взгляду открылись поистине кошмарные возможности. Позже я
буду описывать, каким образом мы могли бы избежать таких ужасов, но прежде
кажется разумным рассмотреть предполагаемые выгоды от машин ремонта клеток. Так
ли уж хорошо то благо, которое они несут? Как может долгая жизнь повлиять на
мир?
Глава 8. ДОЛГАЯ ЖИЗНЬ В
ОТКРЫТОМ МИРЕ
Длительная привычка жить не располагает нас умирать.
Сэр Томас БРАУН
МАШИНЫ РЕМОНТА КЛЕТОК поднимают различные вопросы, включая ценность продления
человеческой жизни. Это - не вопросы сегодняшней медицинской этики, которые
обычно включают дилеммы, возникающие из-за редких, дорогостоящих и имеющих
половинчатый эффект способов лечения. Это - вопросы, включающие ценность
длительной, здоровой жизни, достигаемой недорогими средствами.
Для людей, кто ценит человеческую жизнь и любит жить, подобные вопросы могут не
нуждаться в ответе. Но после десятилетия, отмеченного заботой о росте населения,
загрязнения и истощении ресурсов, многие люди могут подвергать сомнению саму
желательность продления жизни; беспокойство об этих вещах благоприятствует
распространению мима, что смерть - это хорошо. Такие мимы должны быть
рассмотрены заново, поскольку многие имеют корни в устаревшем мировоззрении.
Нанотехнология изменит намного больше, чем только продолжительность человеческой
жизни.
Мы получим средства не только для излечения себя, но и для излечения Земли от
ран, которые мы ей причинили. Поскольку спасения жизней увеличит число живущих,
продление жизни ставит вопросы о последствиях увеличения числа людей. Но наша
способность излечить Землю уменьшит эту причину для споров.
Однако и сами машины ремонта клеток вносят противоречие. Они нарушают
традиционные предположения относительно наших тел и нашего будущего: поэтому
сомнение здесь успокаивает. Они потребуют нескольких принципиальных научнотехнологических прорывов: поэтому сомневаться здесь легко. Поскольку возможность
или невозможность машин ремонта клеток поднимает важные вопросы, имеет смысл
рассмотреть, какие возражения могут выдвигаться.
Возможность машин ремонта клеток
Какой вид аргументов мог бы говорить о том, что машины ремонта клеток были
невозможны? Успешный аргумент должен включать некоторые странные искажения. Он
должен так или иначе подразумевать, что молекулярные машины не могут строить и
восстанавливать клетки, при этом соглашаясь, что молекулярный машины в нашем
теле в действительности строят и восстанавливают каждый день. Мучительная
проблема для убежденных скептиков! Да, искусственные машины должны делать то,
что естественные машины не делают, но им не нужно делать ничего качественно
нового. И естественные, и искусственные устройства ремонта должны входить,
идентифицировать и перестраивать молекулярные структуры. Мы будем способны
улучшить существующие ферменты ремонта ДНК, просто сравнивая несколько нитей ДНК
одновременно, так что очевидно, что природа не нашла всех хитростей. Поскольку
этот пример уничтожает любой общий аргумент, что машины ремонта не могут сделать
лучше, чем в природе, сильный довод против машин ремонта клеток изобрести,
кажется, трудно.
Однако же, два общих вопроса заслуживают прямых ответов. Во-первых, почему мы
должны ожидать, что долгая жизнь будет достигнута в ближайшие десятилетия, когда
люди пытались её достичь и терпели неудачу на протяжении тысячелетий? Во-вторых,
если мы можем действительно использовать машины ремонта клеток для того чтобы
продлить жизни, тогда почему природа (которая занимается ремонтом клеток на
протяжении миллиардов лет) ещё не довела их до совершенства?
Люди пытались и потерпели неудачу.
На протяжении столетий люди страстно желали спастись от необходимости жить так
мало. Время от времени какой-нибудь Понс де Леон или знахарь говорил, что нашел
средство, но оно никогда не работало. Эта статистика неудач убедила некоторых
людей, что, так как все попытки провалились, то это и впредь будет так. Они
говорят "старение естественно", и для них это кажется достаточным аргументом.
Успехи медицины, может быть, отчасти изменили их воззрения, но успехи в основном
сократили раннюю смерть, а не увеличили максимальную продолжительность жизни.
Но теперь биохимики работают над исследованием машин, которые строят,
восстанавливают и управляют клетками. Они научились собирать вирусы и
перепрограммировать бактерии. Впервые в истории, люди исследуют свои молекулы и
раскрывают молекулярные секреты жизни. Кажется, что молекулярные инженеры, в
конце концов, объединят улучшенное биохимическое знание с улучшенными
молекулярными машинами, и будут учиться исправлять поврежденные структуры тканей
и таким образом их омолаживать. В этом нет ничего странного – было бы более
странно, если бы такие мощные знания и способности не принесли бы впечатляющих
результатов. Большая статистика прошлых неудач здесь просто неуместна потому,
что мы никогда прежде не пробовали строить машины ремонта клеток.
Природа пробовала и потерпела неудачу.
Природа строила и строит машины ремонта клеток. Эволюция билась над
многоклеточными животными сотни миллионов лет, однако все высокоразвитые
животные стареют и умирают, потому что наномашины природы ремонтируют клетки не
наилучшим образом. Почему усовершенствования должны быть возможны?
Крысы взрослеют в течение месяцев, а затем стареют и умирают приблизительно за
два года - однако людям эволюция дала более чем в тридцать раз более длинный
срок. Если больший срок жизни был бы главной целью развития, то крысы также бы
жили дольше. Но долгий срок жизни имеет издержки: восстановление клеток требует
вложений энергии, материалов и машин ремонта. Гены крысы процветали, пользуясь
телами крыс, как дешевым материалом одноразового использования. Также и гены
человека не считаются с человеческими существами, хотя и отпуская им срок в
несколько десятков раз длиннее, чем крысам.
Но плохой ремонт - не единственная причина старения. Гены превращают яйцеклетку
во взрослого индивида через схему развития, которая разворачивается с довольно
постоянной скоростью. Эта схема довольно последовательна, потому что эволюция
редко изменяет основополагающую конструкцию. Так же, как базовая схема - система
ДНК-РНК-белок замерзла несколько миллиардов лет назад, также базовая схема
химической сигнализации и ответа тканей, которые управляют развитием
млекопитающих, установилась многие миллионы лет назад. Этот процесс, очевидно,
включает часы, установленные работать с разной скоростью для разных
биологических видов, и программу, которая в некоторый момент заканчивает
работать.
Какими бы ни были причины старения, у эволюции было мало причин устранить их.
Если гены строили бы индивидуумов, способных оставаться здоровыми на протяжении
тысячелетий, они не получили бы большого преимущества в своих "усилиях" по
размножению. Большинство индивидуумов всё равно умерло бы молодыми от голода,
хищников, несчастных случаев или болезней. Как отмечает сэр Питер Медавар, ген,
который помогает молодым (которых много), но вредит старым (которых мало), будет
хорошо воспроизводиться, и поэтому распространяться по популяции. Если накопится
достаточно таких генов, животные станут запрограммированными умирать.
Эксперименты доктора Леонарда Хейфлика говорят о том, что клетки содержат
"часы", которые считают деления клетки и останавливают процесс разделения, когда
количество делений превышает какое-то число. Механизм этого вида может помогать
молодым животным: если ракоподобные изменения заставляют клетку делиться слишком
быстро, но не в состоянии разрушить её часы, то она вырастет до опухоли
ограниченного размера. Таким образом, часы бы предотвращали неограниченный рост
злокачественных опухолей. Такие часы могли бы вредить животным более старшего
возраста, останавливая деление нормальных клеток, прекращая обновление ткани.
Таким образом, животные бы выигрывали от меньшего количества раковых опухолей в
молодом возрасте, однако имели бы поводы жаловаться, если доживут до старости.
Но гены не будут слушать их жалобы - они заблаговременно спрыгнули с этого
корабля, как копии, переданные следующему поколению. С машинами ремонта клеток
мы будем способны переустановить такие часы. Ничто не говорит нам о том, что
эволюция довела наши тела до совершенства даже по грубым стандартам выживания и
размножения. Инженеры не связывают компьютеры медленными волокнами, такими как
нервы, и не строят машины из мягких белков, и имеют на это достаточные причины.
Генетическая эволюция (в отличии от эволюции мимов) не была способна прыгнуть к
новым материалам или новым системам, а вместо этого оттачивала и расширяла
старые.
Машины ремонта клеток находятся далеко от пределов возможного - они не даже
имеют компьютеров, чтобы ими управлять. Отсутствие нанокомпьютеров в клетках,
конечно, показывает только, что компьютеры не могли развиться постепенно из
других молекулярных машин. Природа не смогла построить наилучшие возможные
машины ремонта клеток, но на это были достаточные причины.
Исцеление и защита Земли
Также легко понять неспособность биологических систем Земли приспособиться к
индустриальной революции. От уничтожения лесов до диоксинов, мы причиняли ущерб
быстрее, чем эволюция могла на это отреагировать. Поскольку мы пытались получить
большее количество продовольствия, товаров и услуг, наше использование балктехнологии заставляло нас причинять этот ущерб. С будущей технологией, однако,
мы будем способны производить больше товаров для себя, однако с меньшим вредом
для Земли. Вдобавок, мы будем способны построить машины для ремонта планеты для
того чтобы исправить уже нанесенный ущерб. Клетки - это не все, что мы хотим
починить.
Рассмотрим проблему токсичных отходов. Будь то в нашем воздухе, почве или воде,
отходы затрагивают нас, потому что они способны наносить вред живым системам. Но
на любые материалы, которые соприкасаются с молекулярными машинами жизни, можно
влиять иными формами молекулярных машин. Это значит, что мы будем способны
разработать чистящие машины для того чтобы удалить эти яды отовсюду, где они
могут повредить жизни.
Некоторые отходы, такие как диоксин, состоят из опасных молекул, которые состоят
из безвредных атомов. Чистящие машины превратят их в безопасные вещества,
перестраивая их атомы. Другие отходы, такие как свинцовые и радиоактивные
изотопы, содержат опасные атомы. Чистящие машины соберут их для того чтобы далее
распорядиться ими одним из нескольких способов. Свинец происходит из земных гор;
ассемблеры могли бы вернуть их обратно в горные месторождения, откуда их
добывали. Радиоактивные изотопы могли бы также быть изолированы от живых
существ, либо возвращая их обратно в подходящие места внутри гор, либо более
радикальными способами. Используя дешевые и надежные космические транспортные
системы, мы могли бы похоронить их в мертвых, безводных горных породах Луны.
Используя наномашины, мы могли бы запечатать их в саморемонтирующиеся,
самозапечатывающиеся контейнеры размером с холм и питаемый от солнечного света в
пустыне. Это было бы более безопасно, чем просто пассивные горы или бочки.
С самовоспроизводящимися ассемблерами, мы будем даже способны удалить миллиарды
тонн углеродистого диоксида, который наша сжигающая топливо цивилизация
выбросила в атмосферу. Климатологи предсказывают, что увеличивающиеся количества
углекислого газа, поглощая солнечную энергию, частично растопят полярные шапки,
увеличивая уровень морей и затопляя побережья где-то в середине следующего века.
Однако самовоспроизводящиеся ассемблеры сделают солнечную энергию достаточно
дешевой, чтобы исключить необходимость в ископаемых видах топлива. Так же, как
деревья, питаемые солнечной энергией наномашины будут способны извлекать диоксид
углерода из воздуха и расщеплять кислород. В отличие от деревьев, они будут
способны вырастить глубокие корни для сохранения и поместить уголь обратно в
угольные и нефтяные слои, из которых они произошли.
Будущие машины исцеления планеты также помогут нам исправить испорченные пейзажи
и восстановить поврежденные экосистемы. Горная промышленность изрешетила Землю
ямами; небрежность её покрыла мусором. Борьба с лесными пожарами позволила
подлеску бурно развиваться, заменяя подобную собору открытость древних лесов
ростом кустарника, который является пищей для ещё более опасных пожаров. Мы
будем использовать недорогих, сложноустроенных роботов для того чтобы повернуть
вспять эти и другие эффекты. Способные передвигать горы и почвы, они вернут
прежние очертания истерзанным землям. Способные пропалывать и переваривать, они
стимулируют очистительные эффекты естественных лесных пожаров без опасности или
опустошений. Способные поднимать и передвигать деревья, они проредят густые
лесные насаждения и заново покроют лесом голые холмы. У нас будут устройства
размером с белку, которые будут питаться старой трухой. Мы сделаем устройства,
подобные деревьям, с корнями, которые распространяются глубоко в землю и очищают
почву от пестицидов и избыточной закисленности. Мы сделаем очистителей от
лишайников величиной с насекомых и грызунов величиной с капельку аэрозоля. Мы
сделаем любые устройства, которые нам нужны, чтобы очистить тот беспорядок,
который оставила цивилизация двадцатого века.
После подобной уборки, мы переработаем большинство этих машин, сохраняя только
такие, которые нам будут ещё нужны, чтобы защищать окружающую среду от более
чистой цивилизации, основанной на молекулярной технологии. Такие более
долгоживущие устройства дополнят естественные экосистемы везде, где это
необходимо, чтобы сбалансировать и исправить влияние людей. Сделать их
эффективными, безопасными и незаметными будет делом, требующим не только
автоматического инжиниринга, но знания природы и чувства прекрасного.
С технологией восстановления клеток, мы даже будем способны вернуть некоторые
исчезнувшие виды из полного небытия. Африканский кага - животное, похожее на
зебру - исчезло более чем столетие назад, но просоленная кожа этого животного,
хранится в музее в Германии. Алан Вильсон из калифорнийского университета в
Берли и его сотрудники использовали ферменты для того чтобы извлечь фрагменты
ДНК из ткани мускула, присоединенного к этой коже. Они клонировали фрагменты в
бактериях, сравнили их с ДНК зебры, и обнаружили, что гены показали близкое
эволюционное родство. Им также удалось извлечь и скопировать ДНК из ремня из
бизоньей кожи, сделанного сто лет назад и из мамонтов, сохранившихся в вечной
мерзлоте. Этот успех - отдаленный отголосок клонирования целой клетки или
организма - клонировав один ген, остается неклонированными ещё около 100 тысяч,
а клонирование каждого гена ещё не восстановит целую клетку - но всё же это
показывает, что наследственный материал этих видов все ещё жив.
Как я описал в предыдущей главе, машины, которые сравнивают несколько
поврежденных копий молекулы ДНК, будут способны восстановить неповрежденный
оригинал, а миллиарды клеток в высушенной коже содержат миллиарды копий. Из них
мы будем способны реконструировать неповрежденную ДНК, а вокруг ДНК мы будем в
состоянии восстановить неповрежденную клетку любого типа которого мы захотим.
Некоторые виды насекомых переживают зиму в виде клеток-яиц и оживают при
весеннем тепле. Такие "исчезнувшие" виды переживут двадцатый век в виде клеток
шкур и мускулов, чтобы вернуться в оплодотворенные яйца и ожить с помощью машин
ремонта клеток.
Доктор Барбара Дуррант, репродуктивный физиолог зоопарка в Сан-Диего, сохраняет
образцы ткани подвергнутых опасности видов в криогенном морозильнике.
Вознаграждение может быть значительней, чем большинство людей сейчас
предполагают. Сохранение лишь образцов тканей не сохраняет саму жизнь животного
или экосистему, но однако оно сохраняет генетическую наследственность данного
вида. Мы были бы опрометчивы, если бы не предприняли бы эту политику страхования
против безвозвратной потери видов. Перспективы машин ремонта клеток, таким
образом, влияют на наши сегодняшние решения.
Исчезновение - не новая проблема. Приблизительно 65 миллионов лет назад,
большинство тогда существовавших видов исчезло, включая всех динозавров. В
каменной книге Земли, история динозавров заканчивается на странице, состоящей из
тонкого слоя глины. Глина богата иридием, элементом, часто встречающимся в
астероидах и кометах. Лучшая сегодняшняя теория указывает, что взрыв с неба смял
биосферу Земли. С энергией сотни миллиона мегатонн тротилового эквивалента, он
распространил пыль и "астероидную зиму" по всей "планете.
За всё время, начиная от живых клеток, которые первые объединились для того
чтобы образовать червей, Земля перенесла пять больших исчезновений видов. Лишь
34 миллиона лет назад - около 30 миллионов лет после гибели динозавров,
находится слой стекловидных бусинок, осевших на морском дне. Выше этого слоя
следы многих видов исчезают. Эти бусинки - затвердевшие расплавленные брызги
какого-то взрыва.
Кратер Метеора, в штате Аризона, несет свидетельство меньшего, более недавнего
взрыва, эквивалентного взрыву бомбы мощностью четыре мегатонны. Не далее как 30
июня 1908 года шар огня раскалывает небо Сибири и валит массив леса на площади
шириной в сотни километров.
Как люди давно подозревали, динозавры умерли, потому что были глупы. Не то,
чтобы они были слишком глупы для того чтобы кормиться, ходить, или охранять свои
яйца - они продолжали существовать в течение 140 миллионов лет, просто они были
просто слишком глупы для того чтобы строить телескопы, способные обнаруживать
астероиды и космические корабли, чтобы отклонять их от столкновения с Землей. У
космоса есть много гигантских камней, чтобы ими в нас кидаться, но мы проявляем
признаки достаточного интеллекта для того чтобы с ними иметь дело. Когда
нанотехнология и автоматический инжиниринг даст нам более мощные космические
технологии, мы найдем несложным отслеживать и отклонять астероиды; в
действительности, мы могли бы это делать даже при помощи технологии, имеющейся
сегодня. Мы можем и вылечить Землю, и защитить ее.
Долгая жизнь и проблема роста населения
Люди обычно желают долгой и здоровой жизни, однако перспектива резкого успеха в
этом направлении вызывает тревогу. Не повредит ли большая продолжительность
жизни качеству жизни? Как перспектива долгой жизни повлияет на наши близкие
сегодняшние проблемы? Хотя большинство влияний нельзя предсказать, некоторые всё
же можно.
Например, по мере того, как машины ремонта клеток продлят жизнь, население
увеличится. При прочих равных условиях большее количество людей будет означать
большую тесноту, загрязнение и дефицит - но прочие условия не будут равны: сам
прогресс в автоматизированной разработке и нанотехнология, которая даст машины
ремонта клеток, также помогут нам излечить Землю, защитить её и жить на ней
более легко. Мы будем способны производить наши предметы необходимости и
роскоши, не загрязняя воздух, землю и воду. Мы будем способны получать ресурсы и
производить вещи, не портя ландшафт шахтами или загромождая его фабриками. С
ассемблерами, эффективно производящими долговечные продукты, мы будем
производить вещи большей ценности с меньшими отходами. Больше людей будут
способны жить на Земле, однако причиняя ей и друг другу меньше вреда, если мы
как-то сможем использовать наши новые способности на благие цели.
Если кто-то считает ночное небо черной стеной и ожидает, что гонка технологий
вежливо нажмет на тормоза, для него было бы естественно бояться, что
долгоживущие люди будут бременем в "бедном, переполненном мире наших детей".
Такое опасение происходит из иллюзии, что жизнь является игрой с нулевой суммой,
что большее количество людей всегда означает нарезку пирога на меньшие кусочки.
Но когда будем способны восстанавливать клетки, мы будем также способны строить
самовоспроизводящиеся ассемблеры и превосходные космические корабли. Наши
"бедные" потомки будут делить мир размером с Солнечную систему, с материей,
энергией и потенциальным жизненным пространством таким огромным, что вся наша
планета кажется пылинкой.
Это откроет достаточно пространства для эры роста и процветания, далеко за
пределами всего, что когда-либо было прежде. Однако сама солнечная система
конечна, а звезды далеки. На Земле, даже самая чистая индустрия, построенная на
ассемблерах, будет выделять много избыточного тепла. Беспокойство относительно
населения и ресурсов остается важным, поскольку экспоненциальный рост
репликаторов (даже таких как люди) может, в конце концов, обогнать любую
конечную базу ресурсов.
Но значит ли это, что мы должны жертвовать жизнями людей ради того чтобы
задержать конец? Отдельные люди могут стать добровольцами, но они этим сделают
мало добра. По правде говоря, продление жизни будет иметь небольшое влияние на
фундаментальную проблему: экспоненциальный рост останется экспоненциальным,
умирают ли люди молодыми или живут неопределенно долго. Мученик, умирая рано,
мог бы задержать кризис на доли секунды, но в меньшей степени преданный делу
человек мог бы помочь больше, присоединившись к движению долгоживущих людей,
работающих над решением этой долгосрочной проблемы. В конце концов, многие люди
не замечали пределов роста на Земле. Кто кроме тех, кто будет жить долго,
подготовится к более жестким, но более отдаленным пределам роста в мире за
пределами Земли? Те, кто озабочен долгосрочными пределами, будет служить
человечеству наилучшим образом, оставаясь живым, чтобы сохранять живой свою
озабоченность.
Долгая жизнь также поднимает вопрос об угрозе культурного застоя. Если это было
бы неизбежной проблемой долгой жизни, неясно, что можно было бы с ней сделать расстрелять из пулеметов всех стариков в целях сохранения хороших нравов? К
счастью, два фактора несколько уменьшат проблему. Во-первых, в мире с открытой
границей молодежь сможет улетать, строить новые миры, проверять новые идеи, а
затем или убеждать своих старших измениться или оставлять их позади. Во-вторых,
люди, старые годами, будут молоды телом и мозгом. Старение замедляет и обучение,
и мысль, как оно замедляет остальные физические процессы; омоложение ускорит их
вновь. Поскольку молодые мускулы и сухожилия делают молодые тела более гибкими,
возможно, молодые мозговые ткани будут поддерживать умы более гибкими, даже
умудренные многими годами.
Последствия предвидения
Долгая жизнь не будет самой большой из проблем будущего. Она даже могла бы
помогать их решать.
Рассмотрите её влияние на готовность народов вступать в войны. Старение и смерть
сделало резню в бою более приемлемым: как Гомер сказал устами Сарпедона, героя
Трои: ""O, мой друг, если мы, покинув эту войну, могли бы избежать старости и
смерти, я не должен был бы биться здесь в авангарде; но теперь, поскольку всё
что есть - это разные способы смерти, нависшие над нами, и ни один человек не
может надеяться их избегнуть, давай поспешим и отдадим славу другим людям, или
выиграем её для нас самих."
Однако, если надежда избежать старения и смерти отвращает людей от сражения,
будет ли это хорошо? Это могло бы препятствовать маленьким войнам, которые могли
бы перерасти в ядерное тотальное уничтожение. Но так же, это могло бы ослабить
наше решение защищать себя от пожизненного притеснения - если у нас не будет
нужды считать, сколько ещё нашей жизни мы должны защитить. Поможет нежелание
людей умирать за власть своих правителей.
Ожидания всегда формируют действия. И наши учреждения, и личные планы отражают
наше ожидание того, что все ныне живущие взрослые умрут в ближайшие десятилетия.
Посмотрите, каким образом эта вера воспламеняет стремление приобретать и
игнорировать будущее в преследовании мгновенного удовольствия. Посмотрите, как
это ослепляет нас относительно будущего, и закрывает от нашего взора
долгосрочные выгоды от сотрудничества. Эрик Фромм пишет: "Если индивидуум жил
бы пятьсот или тысячу лет, это столкновение (его интересов с интересами
общества) могли бы существенно уменьшиться. Он далее мог бы жить и с радостью
пожинать то, что посеял в печали; страдание одного исторического периода,
которые принесет плоды в следующем, могло бы принести плод и для него тоже".
Будет ли большинство людей жить для настоящего - это не вопрос: вопрос в том,
может ли быть значительное изменение к лучшему?
Ожидание долгой жизни в лучшем будущем вполне может сделать некоторые
политические болезни менее беспощадными. Человеческие конфликты слишком
фундаментальны и сильны для того чтобы быть искорененными любым простым
изменением, однако перспектива обширного богатства завтра может, по крайней
мере, уменьшить стремление бороться за крохи сегодня. Проблема конфликта
большая, и нам нужна вся помощь, которую мы можем получить.
Перспектива личного старения и смерти всегда делала мысли о будущем менее
приятными. Перспективы загрязнения, бедности и ядерного уничтожения, появившиеся
недавно, сделали мысли о будущем во многом слишком ужасными, чтобы их перенести.
Однако по крайней мере с надеждой на лучшее будущее и время для того чтобы им
насладиться, мы можем более охотно ожидать будущего. Заглядывая вперед, мы будем
видеть больше. Имея собственную ставку в игре, мы будем больше в ней
заинтересованы. Большая надежда и предвидение будет благоприятствовать и
настоящему, и будущим поколениям; у них будет даже больше чем у нас шансов
выжить.
Увеличенная продолжительность жизни будет означать большее количество людей, но
без серьезного усложнения завтрашней проблемы населения. Ожидание более долгой
жизни в лучшем мире принесет реальные выгоды, поощряя людей больше думать о
будущем. В целом, долгая жизнь и её ожидание кажется хорошим для общества,
также, как сокращение продолжительности жизни до тридцати лет было бы плохо.
Многие люди хотят для себя долгую и здоровую жизнь. Каковы перспективы для
сегодняшнего поколения?
Прогресс в продлении жизни
Послушайте Гильгамеша, король Урик:
"Я просмотрел за стену, и я вижу тела, плывущие по реке, и это будет моим уделом
тоже. Я это точно знаю, ибо самый высокий среди людей не достанет небес, а самый
великий не вместит землю".
Прошло четыре тысячелетия с тех пор, когда шумерские писцы наносили знаки на
глиняные таблички для того чтобы записать поэмы Гильгамеша, но времена
изменились. Люди не выше среднего теперь достигли небес и летали вокруг Земли.
Мы, дети космического века, века биотехнологии, века революций - нужно ли нам
все ещё чувствовать отчаяние перед барьером лет? Или мы изучим искусство
продления жизни достаточно скоро, чтобы спасти от разложения себя и тех, кого мы
любим?
Скорость биомедицинского прогресса рисует дразнящую перспективу. Главные болезни
возраста - сердечная болезнь, инсульт и рак - начали уступать лечению.
Исследования механизмов старения начали приносить плоды, и исследователи
продлили продолжительность жизни животных. Поскольку знания основываются на
предыдущих знаниях, а инструменты приводят к новым инструментам и кажется
очевидным, что прогресс будет ускоряться. Даже без машин ремонта клеток, мы
имеем причины ожидать значительного прогресса по направлению к замедлению
старения и его частичному обращению вспять.
Хотя люди всех возрастов извлекут выгоду из этого прогресса, молодые извлекут
большую выгоду. Те, кто будет жить ещё достаточно долго, доживет до времени,
когда старение станет полностью обратимым: время появления машин ремонта клеток.
Тогда, если не раньше, люди будут становиться здоровее по мере того, как они
становится старше, становясь лучше как вино, вместо того, чтобы портиться как
молоко. Они вновь получат, если захотят, отличное здоровье и будут жить долгое,
долгое время.
В то время, с его репликаторами и дешевыми космическими полетами, люди будут
иметь и долгую жизнь и достаточно места и ресурсов, чтобы ими наслаждаться.
Вопрос, который так и вертится на языке: "Когда?.. Какое поколение будет
последним, которое будет стареть и умирать, а какое будет первым, которое
пробьется в новую жизнь?" Многие люди сейчас разделяют спокойную надежду, что
старение однажды будет побеждено. Но обречены ли те, которые живут сейчас, из-за
несчастья родиться преждевременно? Ответ окажется и очевидным и удивительным.
Очевидный путь к долгой жизни включает достаточно долгую жизнь - для того чтобы
омолодиться с помощью машин ремонта клеток. Успехи в биохимии и молекулярной
технологии продлят жизнь, и за выигранное время они продлят её ещё больше. Для
начала мы будем использовать препараты, диеты и упражнения для того чтобы
продлить здоровую жизнь. В течение нескольких десятилетий успехи в
нанотехнологии вероятно принесут первые машины ремонта, а с помощью
автоматизированного инжиниринга, за первыми машинами могут быстро последовать
продвинутые. Даты всё же остаются в области предположений, но предположение
послужит лучше, чем просто вопросительный знак.
Представьте кого-то, кому сейчас тридцать лет. За следующие тридцать лет
биотехнология очень сильно продвинется, однако этому тридцатилетнему будет всего
шестьдесят. Статистические таблицы, которые не предполагают никаких успехов в
медицине, говорят, что тридцатилетний житель США может сейчас ожидать прожить
почти ещё пятьдесят лет, т.е. вплоть до 2030-х годов. Довольно обычные успехи
(вроде тех, что продемонстрированы на животных) вероятно, добавят годы,
возможно, десятилетия, к жизни до 2030-ых годов. Самое начало технологии ремонта
клеток могло бы продлить жизнь на несколько десятилетий. Короче говоря, медицина
2010, 2020 и 2030-ых, по-видимому, продлит жизнь наших тридцатилетних до 2040-х
и 2050-х годов. К тому времени, если не раньше, продвижения в медицине могут
позволить настоящее омоложение. Таким образом, те, кому под тридцать (и,
возможно, те, кто существенно старше) могут ожидать, по крайней мере,
предварительно, что медицина перехватит процесс их старения и переправит их
целыми и невредимыми в эру восстановления клеток, энергичности и неограниченной
продолжительности жизни.
Если бы это было все, то разделение между последними на пути к ранней смерти и
первыми на дороге к долгой жизни было бы возможно самой существенной брешью
между поколениями. Что более важно, гнетущая неопределенность о своей
собственной судьбе дала бы повод затолкнуть все эти материи в темницу
подсознания и расстраивающих размышлений.
Но действительно ли мы находимся в такой ситуации? По-видимому, существует иной
путь сохранить жизни, путь, основанный на машинах ремонта клеток, уже
применяемых сегодня. Как описывалось в предыдущей главе, машины ремонта будут
способны излечивать ткани настолько, насколько существенная структура сохранена.
Способность тканей обеспечивать обмен веществ и восстанавливать себя становится
неважной; обсуждение биостаза это иллюстрирует. Биостаз, как описано, будет
использовать молекулярные устройства для того чтобы остановить функцию и
сохранить структуру, привязывая молекулярные машинами клетки перекрестными
связями одну к другой. Наномашины обратят биостаз, восстанавливая молекулярные
повреждения, удаляя перекрестные связи и помогая клеткам (а значит и тканям,
органам и целому организму) возвращаться в нормальное состояние.
Достижение эры продвинутых машин ремонта клеток кажется ключом к долгой жизни и
здоровью, поскольку тогда большинство физических проблем уже будет излечиваемо.
Можно было бы ухитриться прибыть в ту эру, сохраняя себя живым и активным в
течение всех лет между сегодняшним днем и тем моментом в будущем. Это очевидный
путь, путь, который требует минимум предвидения. Пациенты сегодня часто страдают
от остановки сердечной деятельности, в то время как мозговые структуры, которые
воплощают нашу память и личность, сохраняются невредимыми. В таких случаях, не
могла бы сегодняшняя медицинская технология остановить биологические процессы
так, чтобы завтрашняя медицинская технология была бы способна все вернуть назад?
Если так, то большинство смертей сейчас диагностируется преждевременно, и без
необходимости.
Глава 9. Дверь в будущее
Лондон, апрель 1773 года.
Жаку Дюбургу.
Ваши наблюдения о причинах смерти и эксперименты, которые Вы предложили для
возвращения к жизни тех, кто кажется убитым молнией, демонстрируют и Вашу
проницательность, и Вашу гуманность. Представляется, что сама доктрина о жизни и
смерти в целом пока понимается лишь очень слабо...
Я хотел бы, чтобы было возможно... изобрести метод бальзамирования утонувших
людей, таким образом, что они могли бы быть возвращены к жизни в любой момент,
сколь угодно отдаленный; из-за огромного желания видеть и наблюдать государство
Америки сто лет спустя, я бы предпочел обычной смерти быть погруженным с
несколькими друзьями в бочку Мадеры до тех пор, и затем быть возращенным к жизни
солнечным теплом моей дорогой страны! Но... по всей вероятности, мы живем в век
слишком слабо продвинутый, и слишком близкий к детству науки, чтобы видеть такое
умение, доведенное до совершенства...
Я... и т.д.
Б.Франклин.
Бенжамин Франклин хотел процедуру остановки и запуска метаболизма, но в то время
ничего подобного не было известно. Живем ли мы в век, продвинутый достаточно для
того чтобы сделать биостаз доступным? Чтобы открыть будущее здоровья для
пациентов, которые в ином случае не имели бы другого выбора, кроме разложения
после того, как выйдет их срок?
Мы можем останавливать метаболизм многими способами, но биостаз, чтобы им можно
было пользоваться, должен быть обратимым. Это ведет к любопытной,
взаимозависимой ситуации. Можем ли мы поместить пациентов в биостаз, используя
имеющиеся технологии, зависит целиком от того, будут ли будущие технологии в
состоянии обратить процесс. Процедура имеет две части, из которых нам нужно
овладеть лишь одной.
Если биостаз может сохранять пациента неизменно в течение лет, то те самые
будущие технологии будут включать сложные машины ремонта клеток. Следовательно,
мы должны оценивать успех существующей процедуры биостаза в свете максимальных
способностей медицины будущего. До того, как машины ремонта клеток станут
ближайшей перспективой, эти способности, и таким образом требования для
успешного биостаза, останутся в большой степени неопределенными. Сейчас,
основные требования кажутся достаточно очевидными.
Требования к биостазу
Молекулярные машины могут строить клетки «с нуля», как это показывают делящиеся
клетки. Он также могут строить органы и системы органов «с нуля», как это
показывает развивающийся эмбрион. Врачи будут способны использовать технологию
ремонта клеток для того чтобы направлять рост органов из клеток самого пациента.
Это дает современным врачам большую свободу в процедурах биостаза: даже если они
были вынуждены повредить или уничтожить большинство органов пациента, они, тем
не менее, не нанесли необратимого ущерба. Будущие коллеги, вооруженные лучшими
инструментами, будут способны восстанавливать или заменять эти органы.
Большинство людей были бы рады иметь новое сердце, свежие почки и более молодую
кожу.
Но мозг - другое дело. Врачи, которые допустят разрушение мозга пациента,
допустят разрушение пациента как личности, что бы ни происходило с остальным
телом. Мозг содержит структуры память, личности, Я.
Пациенты после инсульта теряют только часть своего мозга, однако страдают
проблемами от частичной слепоты до паралича и потери способности говорить,
снижения интеллекта, изменения личности, и хуже. Эффекты зависят от места
повреждения. Это говорит о том, что полное разрушение мозга вызовет полную
слепоту, паралич, неспособность говорить и безумие, вне зависимости от того,
продолжает ли дышать тело или нет.
Как писал Вольтер, "Чтобы подняться вновь, чтобы быть тем же человеком, каким вы
были, вы должны сохранить свою память идеально свежей и актуальной; потому что
память создает вашу самоидентичность. Если ваша память потеряна, как вы можете
быть тем же человеком?" Анестезия прерывает сознание, но не разрушает структуры
мозга, и процедура биостаза должна делать нечто подобное, на более длительное
время. Отсюда возникает вопрос о природе физических структур, которые лежат в
основание памяти и личности.
Нейробиология, и информированный здравый смысл, сходятся в понимании базовой
сущности памяти. По мере того как мы формируем воспоминания и развиваемся как
индивидуальности, наш мозг изменяется. Такие изменения воздействуют на функцию
мозга, изменяя рисунок его деятельности: когда мы вспоминаем, наш мозг что-то
делает; когда мы действуем, думаем или чувствуем, наш мозг что-то делает. Мозг
работает посредством молекулярных машин. Серьезные изменения в мозговой функции
предполагают серьезные изменения в его молекулярных механизмах - в отличие от
памяти компьютера, мозг не сделан так, чтобы мгновенно очищаться и заново
заполняться. Личность и долговременная память долговечны.
По всему телу долговременные изменения в функции включают долговременные
изменения в молекулярных механизмах. Когда мускулы становятся сильнее и быстрее,
их белки изменяются в количестве и распределении. Когда печень приспосабливается
иметь дело с алкоголем, её белковое содержание также изменяется. Когда иммунная
система научается распознавать новый вид вируса гриппа, белковое содержание
снова изменяется. Поскольку машины, основанные на белках, в реальности выполняют
работу движения мускулов, расщепления токсинов и распознавания вирусов, этой
связи можно было ожидать.
В мозгу белки формируют нервные клетки, обсыпают их поверхности, связывают одну
клетку с соседней, контролируют поток ионов и каждый нейронный импульс,
продуцируют сигнальные молекулы, которые нервные клетки используют, чтобы
передавать сигналы по синапсам, и многое, многое другое. Когда принтер печатает
слово, он выкладывает на бумагу структуры из чернил; когда нервные клетки
изменяют свое поведение, они изменяют свои структуры белков. Печать также
оставляет в бумаге некоторые вмятины, и нервные клетки меняют не только свои
протеины, однако сказать о чернилах на бумаге и белках в мозгу достаточно для
того чтобы понять принцип. Происходящие изменения далеко не неуловимые.
Исследования сообщают, что долговременные изменения в поведении нервных клеток
включают "поразительные структурные изменения" в синапсах: они заметно
изменяются в размере и структуре.
По-видимому, долговременная память - это не что-то очень тонкое, готовое
испариться из мозга при малейшем случае. Память и личность прочно внедрены в то,
каким образом срастаются мозговые клетки, в структуры, формирующиеся за годы
опыта. Память и личность не более материальны, чем буквы в романе, однако,
подобно им, они воплощены в материю. Память и личность не уносятся прочь при
последнем вздохе, как только пациент умирает. На самом деле многие пациенты
возвращаются из так называемой "клинической смерти" даже без помощи машин
ремонта клеток. Структуры разума разрушаются только когда и если следящие за
пациентом врачи позволяют мозгу пациента подвергнуться разложению. Это опять
дает врачам ощутимую свободу в процедурах биостаза: обычно им не требуется
останавливать метаболизм до тех пор, пока жизненно важные функции не
остановились.
По-видимому, сохранение клеточных структур и структуры белков мозга также
сохранит структуру разума и Я. Биологи уже знают, каким образом сохранить ткань
вот так хорошо. Воскрешающая технология должна дождаться машин ремонта клеток,
но технология биостаза кажется уже в большой степени у нас в руках.
Методы биостаза
Мысль, что мы уже располагаем технологиями биостаза может казаться удивительной,
поскольку значительные новые возможности редко возникают за одну ночь. В
действительности технологии не новы - ново только понимание их обратимости.
Биологи разработали два основных подхода по иным причинам.
На протяжении десятилетий биологи использовали электронные микроскопы для того
чтобы изучать структуру клеток и тканей. Чтобы подготовить образец, они
использовали химический процесс, называемый фиксацией, чтобы удерживать
молекулярные структуры в фиксированном состоянии. Широко распространенный метод
использует молекулы глютаральдегида, гибкие цепочки из пяти атомов углерода с
активной группой атомов водорода и кислорода с каждого конца. Биологи фиксируют
ткань, прокачивая раствор глютаральдегида через кровяные русла, что позволяет
молекулам глютаральдегида проникнуть в клетки. Молекула беспорядочно движется
внутри клетки, пока одним концом не вступит в контакт с белком (или иной
активной молекулой) и не свяжется с ним. После этого другой конец продолжает
болтаться свободным до тех пор, пока также не вступит в контакт с чем-то
способным активно вступать в реакции. Обычно это приковывает белковые молекулы к
соседним молекулам.
Эти перекрестные связи удерживают молекулярные структуры и машины на одном
месте; потом могут быть добавлены и иные химические вещества, чтобы добиться
более всеобъемлющей или прочной фиксации. Электронная микроскопия показывает,
что подобная процедура фиксации предохраняет клетки и структуры такими, какими
они были, включая клетки и структуры мозга.
Первый шаг к гипотетической процедуре биостаза, которую я описал в главе 7,
включает простые молекулярные устройства, способные входить в клетки,
блокировать их молекулярные машины и структуры с помощью установления
перекрестных связей. Молекулы глютаральдегида подходят под это описание довольно
хорошо. Следующий шаг в этой процедуре включает иные молекулярные устройства,
способные замещать воду и плотно упаковывать себя вокруг молекул клетки. Это
также соответствует известному процессу.
Химические вещества, такие как пропиленгликоль, этиленгликоль и диметил
сульфоксид могут проникать в клетки, замещая большую часть воды в них, при этом
причиняя минимальный вред. Они известны как "криопротекторы", потому что они
защищают клетки от повреждения при низких температурах. Если они заместят
достаточно воды в клетке, то охлаждение не будет означать замерзание, оно просто
заставит раствор протектора становиться всё более и более густым, переходя от
жидкого состояния, которое по консистенции напоминает сироп, к такому, которое
напоминает горячую смолу, а затем к такому, которое напоминает холодную смолу,
и, наконец, к такому, которое так же плохо течет, как стекло. В
действительности, в соответствии с научным определением термина раствор
протектора и квалифицируется как стекло; процесс затвердевания без замораживания
называется витрификацией. Эмбрионы мыши, витрифицированные и сохраненные в
жидком азоте, выросли в здоровых мышей.
Процесс витрификации упаковывает стекловидные протекторы плотно вокруг молекул
каждой клетки; таким образом, витрификация подходит под определение, которое я
дал второй фазе биостаза.
Фиксация и витрификация вместе представляются достаточными для того чтобы
гарантировать долгосрочный биостаз. Чтобы обратить эту форму биостаза, машины
ремонта клеток будут перепрограммированы, чтобы удалить стекловидные протекторы
и глютаральдегидные перекрестные связи и далее починить и заместить молекулы,
таким образом, возвращая клетки, ткани и органы в рабочее состояние.
Фиксация с помощью витрификации - не первая процедура биостаза. В 1962 году
Роберт Эттингер, профессор физики из Мичиганского колледжа Хайланд Парк,
опубликовал книгу, предлагающую мысль, что будущие успехи в криобиологии могли
бы привести к методам легкообратимого замораживания пациентов-людей. Далее он
высказал мысль, что врачи, используя будущую технологию, могли бы быть способны
восстанавливать и оживлять пациентов, замороженных по имеющимся методам сразу
после исчезновения признаков жизни. Он отметил, что при температуре жидкого
азота пациент может сохраняться на протяжении веков, если будет в том
необходимость, очень мало при этом изменяясь. Например, он предложил мысль, что
медицинская наука однажды будет иметь невероятные машины, способные
восстанавливать замороженные ткани по одной молекуле. Его книга положила начало
крионическому движению.
Крионисты сосредоточили внимание на замораживании потому, что многие
человеческие клетки самопроизвольно оживают после аккуратного замораживания и
оттаивания. Это просто широко распространенный миф, что замораживание разрывает
клетки; в действительности замораживание повреждает клетки более тонким образом
- настолько тонким, что часто это не причиняет никакого долговременного вреда.
Из замороженной спермы регулярно получаются здоровые дети. Некоторые ныне
живущие люди выжили, будучи замороженными до твердого состояния при температуре
жидкого азота - когда они были ранними эмбрионами. Криобиологи активно исследуют
способы замораживать и оттаивать жизненно важные органы для того чтобы дать
возможность хирургам сохранять их для дальнейшей имплантации.
Перспектива будущих технологий клеточного ремонта стала постоянной темой в среде
крионистов. Однако они по естественным причинам концентрируются на процедурах,
которые сохраняют клеточную функцию. Криобиологи сохраняют жизнеспособные
человеческие клетки замороженными на протяжении лет.
Исследователи улучшили свои результаты, экспериментируя со смесями
криопротекторных химических веществ и тщательно управляемыми скоростями
охлаждения и нагревания. Сложности криобиологии дают богатые возможности для
дальнейшего экспериментирования. Такое сочетание ощутимого, дразнящего успеха и
многообещающей цели для дальнейших исследований сделало поиски обратимого
процесса замораживания насущной и привлекательной целью для крионистов. успех в
замораживании и оживлении взрослого животного был бы непосредственно очевидным и
убедительным.
Что более важно, даже частичное сохранение функции ткани говорит о прекрасном
сохранении структуры ткани. Клетки, которые выживают (или почти выживают) даже
без особой помощи, будут нуждаться в малом количестве ремонта.
Однако осторожный, консервативный акцент в крионических кругах на сохранение
функции ткани вызвал путаницу в общественном сознании. Экспериментаторы
заморозили целых взрослых животных и разморозили их, не ожидая помощи машин
ремонта клетки. На поверхности результаты оказались обескураживающими: животные
не оживали. Для общества и медицинских кругов, которые ничего не знают о
перспективах ремонта клеток, это заставило биостаз замораживанием выглядеть
бесполезным.
А после предложения Эттинджера, несколько криобиологов решило сделать заявление
о будущем медицинской технологии, впрочем, мало кем поддержанное. Как утверждал
Роберт Прегода в книге в 1967 году: "Почти все эксперты по сниженному
метаболизму... считают, что повреждение клеток, вызываемое существующими
методами замораживания, никогда не могут быть исправлены". Конечно, это были не
те эксперты, которых надо было спрашивать. Вопрос требует экспертов по
молекулярной технологии и машинам ремонта клеток. Такие криобиологи, должно
быть, сказали только, что исправление повреждений от замораживания, очевидно,
потребует ремонта на молекулярном уровне, а сами они никогда не изучали этот
вопрос. Однако же, они непреднамеренно направили общественное мнение по жизненно
важному медицинскому вопросу в ложном направлении. Их утверждения отбили охоту
использовать дееспособные методы биостаза.
Клетки состоят по большей части из воды. При достаточно низких температурах
молекулы воды соединяются и образуют слабую, но твердую структуру из
перекрестных связей. Поскольку это предохраняет нейронные структуры, а значит, и
структуры разума и памяти, Роберт Эттинджер очевидно определил дееспособный
подход к биостазу. По мере того, как молекулярная технология продвигается
вперед, и люди всё больше становятся знакомы с её последствиями, обратимость
биостаза (будь то основанном на замораживании, фиксации и витрификации, или на
иных методах) станет всё более очевидной для всё большего числа людей.
Обратимость биостаза
Представьте, что пациент умер из-за сердечного приступа. Врачи пытаются вернуть
его к жизни, но терпят неудачу и теряют надежду восстановить жизненно важные
функции. В этой точке, однако, тело и мозг пациента всего лишь перестали
функционировать, но большинство клеток и тканей в действительности все ещё живы
и в них происходит обмен веществ. Сделав приготовления заранее, пациент вскоре
помещается в биостаз, чтобы предотвратить необратимое разложение и подождать до
лучших дней.
Проходят годы. Пациент очень мало изменился, но технология ушла далеко вперед.
Биохимики научились конструировать белки. Инженеры используют белковые машины
для того чтобы строить ассемблеры, а далее используют ассемблеры для того чтобы
строить широкомасштабную нанотехнологию. Благодаря новым приборам биологическое
знание стремительно растет. Биохимические инженеры используют новое знание,
автоматический инжиниринг и ассемблеры для того чтобы разрабатывать машины
ремонта клеток всё более высокой сложности. Они учатся останавливать и обращать
вспять старение. Врачи используют технологию ремонта клеток для того чтобы
возвращать пациентов из биостаза - в первую очередь тех, кто был помещен в
биостаз с использованием наиболее совершенных методов, потом тех, кто был
помещен в биостаз с использованием более ранних и грубых методик. Наконец, после
успешного возвращения к жизни животных, введенных в биостаз с использованием
старых методов 1980-х годов, врачи обратятся к нашему пациенту, пострадавшему от
сердечного приступа.
На первой стадии подготовки, пациент лежит в резервуаре с жидким азотом,
окруженный оборудованием. Стеклообразный протектор все ещё прочно связывает
молекулярные машины каждой клетки. Этот протектор должен быть удален, но простое
нагревание могло бы преждевременно позволить некоторым клеточным структурам
начать двигаться.
Хирургические устройства, разработанные для использования при низких
температурах, проходят через жидкий азот к грудной клетке пациента. Там они
удаляют твердые сгустки ткани, чтобы получить доступ к основным артериям и
венам. Армия наномашин, приспособленных для удаления протекторов проходят через
эти отверстия, в первую очередь очищая главные кровеносные сосуды, а потом и
капилляры. Это открывает пути к нормально действующим тканям по всему телу
пациента. Хирургические машины большего размера далее присоединяют трубки к
грудной клетки и прокачивают жидкость через систему циркуляции. Жидкость
вымывает первые машины для удаления протектора (позже, она поставляет материал
для машин ремонта и отводит отработанное тепло).
Теперь машины накачивают молочную жидкость, содержащую триллионы устройств,
которые входят в клетки и удаляют стеклообразный протектор, молекулу за
молекулой. Они заменяют их временным молекулярным каркасом, оставляющим
достаточно места для работы машин ремонта. По мере того, как эти машины для
удаления протектора раскрывают органические молекулы, включая структурные и
механические компоненты клеток, они привязывают их к каркасу временными
перекрестными связями. Если для этого пациента применялись также вещества,
устанавливающие перекрестные связи, эти связи теперь удалятся и будут замещены
временными связями. Когда молекулы нужно переместить в сторону, машины помечают
их, чтобы правильно потом заместить. Подобно другим продвинутым машинам ремонта
клеток, эти устройства работают под управлением нанокомпьютеров.
Когда они заканчивают, низкотемпературные машины удаляются. На протяжении серии
постепенных изменений в составе и температуре, водяной раствор замещает прежний
криогенную жидкость, и пациент нагревается вплоть до температур выше нуля.
Машины ремонта клеток закачиваются через кровеносные сосуды и входят в клетки.
Ремонт начался.
Маленькие устройства исследуют молекулы и сообщают их структуры и положения
большему компьютеру, находящемуся в клетке. Компьютер идентифицирует молекулы, и
дает команды о необходимом молекулярном ремонте, и идентифицирует клеточные
структуры по расположению молекул. Там, где повреждение изменило структуры в
клетке, компьютер дает команды устройствам ремонта привести молекулы в
правильное расположение, используя временные перекрестные связи, где это
необходимо. Тем временем артерии пациента прочищаются, а сердечная мышца,
поврежденная много лет назад, восстанавливается.
Наконец, молекулярные машины клетки приведены в рабочее состояние и ремонт более
грубый исправил поврежденные структуры расположения клеток для того чтобы
восстановить ткани и органы и здоровое состояние. Каркас теперь из клеток
удаляется, вместе с большей частью временных перекрестных связей и многими машин
ремонта. Однако пока ещё большая часть всех активных молекул клеток сохраняются
заблокированными, чтобы предотвратить преждевременную несбалансированную
деятельность.
Вне тела система ремонта вырастила свежую кровь из собственных клеток пациента.
Теперь она переливает эту кровь для того чтобы заполнить систему кровообращения
и действует как временное искусственное сердце. Остающиеся устройства в каждой
клетке теперь регулируют концентрацию соли, сахара, аденинтрифосфорной кислоты и
иных малых молекул, большей частью выборочно разблокируя собственные наномашины
клеток. При дальнейшем разблокировании обмен веществ шаг за шагом
восстанавливается; наконец сердечная мышца окончательно освобождается и готова
начать сокращаться. Сердцебиение восстанавливается, и пациент выходит из
состояния анестезии. Пока ухаживающие за ним врачи проверяют, что всё идет
нормально, системы ремонта заделывают отверстия в грудной клетке, соединяя ткань
с тканью без нити и иглы. Остающиеся устройства в клетках разбирают друг друга
на безопасные продукты обмена веществ или питательные молекулы. По мере того,
как пациент переходит к обычному сну, в комнату входят некоторые посетители, как
уже давно собирались.
Наконец, спящий пробуждается, освеженный светом нового дня, и видит своих старых
друзей.
Разум, тело и душа
Однако до того как рассмотреть возращение к жизни, некоторые могут спросить, что
станет с душой человека в биостазе. Некоторые люди ответили бы, что душа и разум
- разные аспекты одного и того же, структуры, воплощенной в веществе мозга,
активной во время активной жизни и находящейся в состоянии покоя в биостазе.
Предположим, однако, что структуры разума, памяти и личности покидают тело в
момент смерти, уносимые некоторой субстанцией. Тогда возможности представляются
достаточно очевидными. Смерть в этом случае имеет значение иное, чем необратимое
повреждение мозга, определяемая вместо этого как необратимый уход души. Это
сделало бы биостаз бесполезным, но безвредным действием - в конце концов,
религиозные лидеры не выражали никакой озабоченности по поводу того, что простое
сохранение тела может как-то закрепостить душу. С этой точки зрения возвращение
к жизни, чтобы быть успешным, предположительно потребовало бы участие души. В
действительности акт помещения пациентов в биостаз сопровождался и католической,
и иудейской церемониями.
С биостазом или без него, ремонт клеток не может дать бессмертия. Физическая
смерть, однако, сильно отсроченная, будет продолжать быть неизбежной по
причинам, имеющим корни в самой природе вселенной. Таким образом, биостаз, за
которым следует ремонт клеток, по-видимому, не рождает никакой фундаментальной
теологии. Он напоминает глубокую анестезию, за которой следует хирургия, имеющая
целью спасение жизни: обе процедуры прерывают сознание для того чтобы продлить
жизнь. Говорить о "бессмертии" тогда, когда перспектива лишь - долгая жизнь,
значило бы игнорировать факты или неправильно употреблять слова.
Ответы и аргументы
Перспектива биостаза кажется специально сделанной для того чтобы вызвать будущий
шок. Большинство людей уже находят сегодняшние ускоряющиеся изменения достаточно
шокирующими, тогда как они происходят ещё по капле. Но возможность биостаза это сегодняшнее последствие целой серии будущих прорывов. Эта перспектива
естественно расстраивает трудные психологические приспособительные реакции,
которые вырабатывают люди, сталкиваясь с ухудшением физического состояния.
Пока что я строил доказательство клеточного ремонта и биостаза на обсуждении
фактов биологии и химии, с которыми все согласны. Но что думают профессиональные
биологи по этим базовым вопросам? В частности, верят ли они 1) что машины
ремонта будут способны исправлять тот род повреждения перекрестных связей,
который вызывается фиксацией, и 2) что память действительно воплощена в
сохраняемой форме?
После обсуждения молекулярных машин и их способностей, не затрагивая медицинские
применения, доктор Джин Браун, профессор биохимии и председатель департамента
биологии Массачусетского технологического института, дал разрешения
процитировать его заявление: "При достаточном времени и усилиях, чтобы
разработать искусственные молекулярные машины и провести детальное исследование
молекулярной биологии клетки, должны возникнуть очень широкие возможности. Среди
них могли бы быть способности отделять белки (или другие органические молекулы)
из структур с перекрестными связями, идентифицировать их, починять и заменять".
Такое заявление относится к значительной части проблемы ремонта клеток. Оно
постоянно подтверждается определенной частью биохимиков и молекулярных биологов
в MIT и Гарварде после аналогичных обсуждений.
После обсуждения мозга и физической природы памяти и личности - опять же,
обсуждения, не затрагивающего медицинского применения - доктор Валь Наута
(профессор нейроанатомии в MIT) дал разрешение процитировать его высказывание:
"Основываясь на нашем имеющемся знании молекулярной биологии нейронов, я думаю,
большинство согласилось бы, что изменения, производимые во время образования
долговременной памяти отражаются в соответствующих изменениях в числе и
распределении различных белковых молекул в нейронах мозга." Также как
утверждение доктора Брауна, это заявление относится к ключевому моменту
относительно работоспособности биостаза. Оно также неизменно поддерживалось
другими экспертами при обсуждении в контексте, изолирующем экспертов от
эмоционального предубеждения, который мог возникнуть из медицинского подтекста
утверждения. Далее, поскольку эти моменты прямо относятся к их специальностям,
доктор Браун и доктор Наута были подходящими экспертами, чтобы об этом
спрашивать.
Кажется, что человеческое стремление жить расположит многие миллионы людей к
использованию биостаза (как последнего средства), если они будут его
рассматривать как работающий. По мере того, как молекулярная технология
продвигается вперед, понимание клеточного ремонта будет распространяться через
массовую культуру. Мнение экспертов будет всё больше поддерживать эту идею.
Биостаз станет всё более распространенным, и его стоимость упадет.
Представляется вероятным, что многие люди, в конце концов, будут рассматривать
биостаз как норму, как стандартное мероприятие по спасению жизни для умирающих
пациентов.
Но до тех пор как машины ремонта клетки будут продемонстрированы, тенденция,
присущая очень многим людям, игнорировать то, что мы не видели, будет замедлять
принятие биостаза. Миллионы, несомненно, пройдут от момента смерти до
необратимого разложения только из-за привычки и традиции, поддерживаемых слабыми
аргументами. Важность ясного предвидения в этом вопросе делает важным
рассмотреть возможные аргументы перед тем, как оставить тему продления жизни и
перейти к другим вопросам. Почему, стало быть, биостаз не кажется естественной,
очевидной идеей?
Потому что, по факту, у нас ещё нет машин ремонта клеток.
Может казаться странным спасать человека от разложения в ожидании восстановления
здоровья, так как технология восстановления пока не существует. Но намного ли
это более странно, чем сберегать деньги для того чтобы дать возможность ребенку
учиться в колледже? В конце концов, студент колледжа пока ещё тоже не
существует. Сбережение денег имеет смысл, потому что ребенок вырастет и созреет
для колледжа; сохранение человека имеет смысл, потому что созреет молекулярная
технология.
Мы ожидаем, что ребенок созреет для колледжа, потому что мы видели многих детей,
которые выросли и созрели; мы можем ожидать, что эта технология созреет, потому
что мы видели много технологий, которые созрели. Да, некоторые дети страдают от
врожденных недостатков, также как и некоторые технологии. Но эксперты в этих
вопросах могут оценить потенциал детей и технологий, ещё когда они молоды.
Микроэлектронная технология началась с нескольких пятнышек и соединений на
кусочке кремня, но выросла в компьютеры и микросхемы. Физики, такие как Ричард
Фейнман, отчасти видели, как далеко она пойдет.
Технология ракет на жидком топливе началась с грубых ракет, запущенных с
Массачусетского космодрома, но выросла в корабль для полета на Луну и
космические челноки. Роберт Годдард отчасти видел, как далеко она пойдет.
Молекулярное конструирование началось с обычной химии и молекулярных машин,
заимствованных из клеток, оно тоже вырастет в нечто грандиозное. Также оно будет
иметь заметные последствия. Потому что в крошечных машинках нет ничего
грандиозного.
Мы имеем склонность ожидать грандиозных результатов от грандиозных причин, но
мир часто отказывается в этом с нами сотрудничать. Природа отпускает и триумф, и
бедствие в серой оберточной бумаге.
СКУЧНЫЙ ФАКТ: некоторые электрические переключатели могут включать и выключать
друг друга. Такие переключатели можно сделать очень маленькими и потребляющими
мало электричества.
ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: если их соединить правильно, эти переключатели образуют
компьютеры, машины информационной революции.
СКУЧНЫЙ ФАКТ: эфир - не слишком ядовит, однако временно вмешивается в
деятельность мозга.
ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: конец мучений хирургии над пациентами в сознании,
открытие новой эры в медицине.
СКУЧНЫЙ ФАКТ: плесень и бактерии конкурируют за пищу, поэтому некоторые плесени
научились выделять яды, которые убивают бактерии.
ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: пенициллин, победа над многими бактериальными
заболеваниями, и спасение миллионов жизней.
СКУЧНЫЙ ФАКТ: молекулярные машины могут использоваться для того чтобы
манипулировать молекулами и строить механические переключатели молекулярного
размера.
ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: управляемые компьютером машины ремонта клеток, приносящие
излечение практически от всех болезней.
СКУЧНЫЙ ФАКТ: память и личность заключены в сохраняемых мозговых структурах.
ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: сегодняшними методами можно предотвратить разложение,
позволяя существующему поколению воспользоваться преимуществами завтрашних машин
ремонта клеток.
В действительности молекулярные машины даже не столь скучны. Поскольку ткань
состоит из атомов, следует ожидать технологию, способную манипулировать и
переупорядочивать атомы, из чего выйдут впечатляющие медицинские последствия.
Это выглядит слишком невероятным. Мы живем в век невероятного.
В статье, которая называется "Идея прогресса" по астронавтике и аэронавтике,
аэрокосмический инженер Роберт Т. Джонс писал: "В 1910 году, в год, когда я
родился, мой отец был обвинителем в суде. Он путешествовал по всем грязным
дорогам округа Макон в повозке, которую тянула одна лошадь. В прошлом году я
совершил беспосадочный перелет из Лондона в Сан-Франциско через регион полюса,
толкаемый вперед двигателями мощностью в 50 000 лошадиных сил". Во времена его
отца, подобный самолет граничил с научной фантастикой, слишком невероятной,
чтобы её принимать во внимание.
В статье, озаглавленной "Основы медицинских исследований: долгосрочные
инвестиции" в технологическом обозрении MIT доктор Льюис Томас писал: "Сорок лет
назад, как раз перед тем, как медицинская профессия подверглась трансформации из
искусства в науку и технологию, принималось как само собой разумеющееся, что
медицина, которой нас учили, была в точности та же медицина, которая будет с
нами большую часть нашей жизни. Если бы кто-то пытался нам сказать, что
способность контролировать бактериальную инфекцию буквально за углом, что
хирургия на открытом сердце и трансплантация почек могли бы быть возможны в
пределах пары десятков лет, что некоторые виды рака будут излечиваться
химиотерапией, и что мы вскоре окажемся вблизи всеобъемлющего биохимического
объяснения генетики и генетически предопределяемых заболеваний, мы бы ни капли в
это не поверили. У нас не было причин верить, что медицина когда-нибудь
изменится... О чем говорит это воспоминание - что нам следует держать наш разум
широко открытым в будущее".
Потому что это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой.
Новости о том, что есть способ избежать фатальности большинства смертельных
болезней может действительно звучать слишком хорошо, чтобы быть правдой, однако
это только малая часть более сбалансированной истории. В действительности
опасность молекулярной технологии примерно уравновешивает её положительный
потенциал. В части 3 я очерчу причины считать нанотехнологию более опасной, чем
ядерное оружие.
Хотя природа нисколько не заботится о том, что мы считаем хорошим или плохим и о
нашем чувстве баланса. В частности природа не ненавидит род людской в
достаточной степени, чтобы встать против нас на баррикады. Древние страхи уже
исчезли.
Много лет назад хирурги пытались быстро ампутировать ноги. Роберт Листон из
Эдинбурга, Шотландия, однажды отпилил бедро пациента за рекордное время тридцать три секунды, по пути отхватив три пальца своего ассистента. Хирурги
работали быстро, чтобы сократить агонию своих пациентов, потому что их пациенты
оставались в сознании.
Если смертельно опасное заболевание без биостаза - это сегодня ночной кошмар,
подумайте о хирургии без анестезии в дни наших предков: нож, врезающихся в
плоть, потоки крови, пила, скрежещущая о кость пациента в сознании... Однако в
октябре 1846-го года Мортон и Варрен удалили опухоль пациента под анестезией;
Артур Слэйтер утверждает, что их успех "был просто осыпан приветствиями, как
величайшее открытие века". С помощью простых методов, основанных на известном
химическом веществе, ходячий ночной кошмар ножа и пилы закончился.
Когда покончили с агонией, хирургия стала применяться шире, вместе с
хирургическим заражением и ужасом ставших обычным делом смертей от гниющей плоти
в теле. Однако в 1867 году Джозеф Листер опубликовал результаты своих
экспериментов с фенолом, закладывая принципы антисептической хирургии. С помощью
простых приемов, основанных на известном химическом веществе, ужас гниения
заживо резко сократился.
Потом последовали сульфопрепараты и пенициллин, которые одним ударом положили
конец многим смертельно опасным болезням... список продолжается.
Впечатляющие прорывы в медицине прежде происходили, иногда благодаря новому
использованию известных химических веществ, как в случае анестезии и
антисептической хирургии. Хотя эти успехи могут казаться слишком хороши, чтобы
быть правдой, они, тем не менее, оказались правдой. Спасение жизней
использованием химических веществ и процедур, приводящих в биостаз, аналогичным
образом могут быть правдой.
Потому что врачи сегодня биостаз не используют.
Роберт Эттинджер предложил метод биостаза в 1962 году. Он утверждал, что
профессор Джин Ростанд предлагал тот же самый подход годами раньше, и
предсказывал его возможное использование в медицине. Почему биостаз при помощи
замораживания не стал популярным? Отчасти из-за его начальной дороговизны,
отчасти из-за человеческой инертности, а отчасти из-за того, что средства
ремонта клеток оставались неясными. Однако консерватизм, присущий медицинской
профессии также сыграл роль. Обратимся снова к истории анестезии.
В 1846 году Мортон и Варрен поразили мир "открытием века", анестезией с помощью
эфира. Однако на два года раньше, Гораций Уэллс использовал анестезию азотистым
оксидом, а ещё два года до того Кроуфорд Лонг выполнил операцию, используя эфир.
В 1824 году Генри Хикман успешно подвергал анестезии животных с помощью обычного
углекислого газа; позже он потратил годы, убеждая хирургов в Англии и Франции
протестировать азотистый оксид в качестве анестетика. В 1799 году, целых сорок
семь лет до великого "открытия" и много лет до того, как ассистент Листона
потерял свои пальцы, сэр Хамфри Дэви писал: "Поскольку азотистый оксид в своем
широком действии способен уничтожать физическую боль, возможно, он может
использоваться во время хирургических операций".
Однако в 1839 году победа над болью для многих врачей все ещё казалось
недостижимой мечтой. Доктор Альфред Вельпо утверждал: "Устранение боли в
хирургии - химера. Сегодня абсурдно продолжать пытаться его достичь. "Нож" и
"боль" - два слова в хирургии, которые должны навсегда ассоциироваться друг с
другом в сознании пациента. Мы будем должны привыкнуть к этой вынужденному
сочетанию".
Многие боялись боли хирургии больше, чем самой смерти. Возможно, пришло время
пробудиться от последнего ночного кошмара медицины.
Потому что не доказано, что это работает.
Это правда, что ни один эксперимент сейчас не может продемонстрировать
реанимацию пациента из биостаза. Но требовать подобной демонстрации значило бы
иметь скрытое предположение, что современная медицина уже приблизилась к
последним пределам возможного, что её никогда не обойдут достижения будущего.
Такое требование звучало бы как осторожное и разумное, но в действительности это
огромное невежество.
К сожалению, демонстрация - это как раз то, что врачей учили требовать, и на то
были свои причины: они желают избежать бесполезных процедур, которые могут
нанести вред. Возможно, этого будет достаточно, что пренебрежение биостазом
ведет к очевидному и необратимому вреду.
Время, издержки и действия людей
Решат ли люди использовать биостаз, будет зависеть от того, считают ли они его
шансы на успех стоящими. Эта игра включает ценность жизни (что является личным
делом), стоимостью биостаза (которая кажется разумной по меркам современной
медицины), шансами, что технология будет работать (они представляются
отличными), и шансами, что человечество выживет, разовьет технологию и оживит
людей. Этот последний момент заключает в себе самую большую неопределенность.
Предположим, что люди и свободные общества действительно выживут. Никто не может
высчитать шансы этого, но предположим, что неудача не отбила бы само желание
прикладывать усилия для того чтобы способствовать успеху. Если так, то
технология будет продолжать продвигаться вперед. Разработка ассемблеров займет
годы. Изучить клетки и научиться восстанавливать ткани пациентов из биостаза
займет ещё больше времени. Навскидку, разработка систем ремонта и приспособление
их к реанимации займет от тридцати до сорока лет, хотя успехи в автоматическом
инжиниринге могут ускорить процесс.
Однако, по-видимому, требуемое время не имеет значения. Многие оживляемые
пациенты будут больше заботиться об условиях жизни, включая, будут ли вокруг них
их друзья и семьи - тогда для них будет иметь значение дата на календаре. С
изобильными ресурсами, физические условия жизни могли бы быть на самом деле
очень хорошими. Присутствие друзей и родных - другой вопрос.
В недавно опубликованном обзоре, половина опрашиваемых сказала, что они бы
хотели быть как минимум пятьсот лет, если бы у них был выбор. Неформальные
опросы показывают, что большинство людей предпочло бы биостаз разложению, если
бы они могли вернуть хорошее здоровье и войти в новое будущее со своими старыми
друзьями и родными. Не многие люди сказали, что они "хотят пережить свое время",
но они в целом согласились, что пока они могут ещё пожить, их время не пришло.
По-видимому, многие люди и сегодня разделяют желание Бенжамина Франклина. Если
биостаз войдет в широкое употребление достаточно быстро (или если иные
технологии продления жизни будут совершенствоваться достаточно быстро), то
оживляемые пациенты будут просыпаться не в незнакомом мире, а окруженные
улыбками знакомых лиц.
Но будут ли оживлены люди в биостазе? Методы помещения пациентов
известны, и стоимость могла бы стать низкой, по крайней мере, по
стоимостью серьезной хирургии или длительного ухода в госпитале.
разработать технологию оживления будет сложно и дорого. Будут ли
утруждать в будущем?
в биостаз уже
сравнению со
Однако
люди себя
Похоже на то, что они будут. Они могут не разрабатывать нанотехнологию, имея в
виду медицину, но даже если нет, они обязательно её разработают для того чтобы
строить лучшие компьютеры. Они могут не разработать машины ремонта клеток, имея
в виду оживление, но они обязательно её будут разрабатывать, чтобы лечить себя.
Они могут не программировать машины ремонта на оживление как акт бескорыстного
альтруизма, но у них будет достаточно времени, богатства и некоторые из них
будут, кто любил тех, кто ждет в биостазе. Поэтому, насколько можно об этом
судить сейчас, методы оживления будут обязательно разработаны.
С репликаторами и ресурсами космоса, придет время, когда люди будут иметь
богатство и жизненное производство в тысячу раз больше, чем мы имеем сегодня.
Само оживление будет требовать мало энергии и материалов даже по сегодняшним
стандартам. Поэтому люди, раздумывающие над оживлением, обнаружат мало
противоречия между их собственными интересами и их общечеловеческим участием.
Общечеловеческих мотивов кажется достаточно для того чтобы гарантировать, что
активное население будущего разбудит тех, кто в биостазе.
Первое поколение, которое вернет молодость, не прибегая к биостазу, сегодня
вполне может среди нас. Перспектива биостаза просто дает большему числу людей
больше оснований ожидать долгой жизни - она предлагает возможность для старых и
форму гарантии для молодых. По мере того, как продвижения в биотехнологии ведут
к конструированию белка, ассемблеров и клеточного ремонта, и по мере того, как
затруднения будут разрешаться, ожидание долгой жизни будет распространяться
среди людей. Расширяя путь к долгой жизни, возможность выбрать биостаз будет
стимулировать более живую заинтересованность в будущем. А это подтолкнет и
усилия, которые необходимо мобилизовать, чтобы подготовиться к опасностям,
которые ждут впереди.
Глава 10. ПРЕДЕЛЫ РОСТА
Шахматная доска - мир, фигуры - явления вселенной, правила игры - то, что мы
называем законами природы.
Т.Х. Хаксли.
За прошедший век мы разработали самолеты и космические корабли, приручили
ядерную энергию и изобрели и компьютеры. В следующем веке мы разработаем
ассемблеры, репликаторы и автоматический инжиниринг, создадим дешевые
космические корабли, машины ремонта клеток и многое другое. Такие серии прорывов
могут навести на мысль, что технологическая гонка будет двигаться вперед вечно.
С этой точки зрения мы будем прорываться сквозь все постижимые препятствия,
вылетая в бесконечное неизвестное - но этот взгляд может быть ошибочным.
Законы природы и условия этого мира ограничат то, что мы можем делать. Без этих
границ, будущее было бы целиком неизвестной, бесформенной вещью, делая посмешище
из наших усилий думать и планировать. Даже и с этими ограничениями будущее все
ещё бешеная неопределенность, но в этом случае она может вписаться в
определенные границы.
Из естественных ограничений мы узнаем что-то о проблемах и открывающихся
возможностях, с которыми мы столкнемся. Пределы определяют границы возможного,
сообщая нам, например, какие ресурсы мы можем использовать, как быстро наши
космические корабли могут летать и что наши наномашины будут способны делать.
Обсуждение пределов рискованно: мы можем быть лишь более уверены, что что-то
возможно, а что-то – нет. Инженеры могут достигать успеха с помощью приближений
и особых случаев. А при наличии инструментов, материалов и времени, они могут
продемонстрировать возможности непосредственно. Даже делая конструкцию для
исследования, они могут оставаться в рамках возможного и быть достаточно далеко
от его границ. Ученые, наоборот, не могут доказать общую теорию, и каждое общее
заявление о невозможности - само по себе есть род общей теории. Никакой
конкретный эксперимент (где-то, когда-то) не может доказать, что что-то
невозможно (везде и навсегда). Также как это не сможет доказать и любое
количество конкретных экспериментов.
Все же, общие законы науки описывают границы возможного. Хотя ученые не могут
доказать общий закон, они разработали наилучшую возможную для нас картину того,
как вселенная работает. И даже если экзотические эксперименты и элегантные
математические пассажи снова изменят нашу концепцию физических законов, немногие
пределы для инженерных конструкторов шелохнутся. Так же как и относительность не
влияла на конструкцию автомобилей.
Простое существование конечных пределов не значит, что они уже вот-вот начнут
нас душить, однако многие люди пришли к мысли, что пределы скоро положат конец
росту. Такое соображение упрощает их картину будущего, откидывая странные новые
разработки, которые принесет прогресс. Иные люди хорошо относятся к более
расплывчатой идее безграничного роста - идее, которая затуманивает их картину
будущего, говоря, что оно будет совершенно непостижимым.
Люди, которые путают науку с технологией, имеют склонность путаться и насчет
пределов. Как отмечает инженер по программному обеспечению Марк С. Миллер, им
кажется, что новое знание всегда означает новое ноу-хау; некоторые даже
воображают, что знать всё позволит нам делать всё, что мы захотим. Прогресс в
технологии действительно приносит новые ноу-хау, открывая новые возможности. Но
продвижения в фундаментальной науке просто перерисовывает нашу карту
окончательных пределов; они часто лишь показывают что-то новое, что невозможно.
Например, открытия Эйнштейна показали, что ничто не может догнать летящий луч
света.
Структура вакуума
Действительно ли скорость света - реальный предел? Люди когда-то говорили о
"звуковом барьере", и некоторые верили, что он не даст самолету перейти скорость
звука. Затем на базе Эдвардс Эйр Форс в 1947 году, Чак Йегер рассек октябрьское
небо звуком перехода звукового барьера. Сегодня некоторые люди говорят о
"световом барьере", и спрашивают, может ли он также отступить.
К сожалению, для писателей научной фантастики, эта параллель поверхностна. Никто
никогда не мог утверждать, что скорость звука - это реальный физический барьер.
Метеоры и пули превышали его каждый день, и даже щелкающий хлыст переходил
"звуковой барьер". Но никто не видел ничего, что бы двигалось быстрее света.
Удаленные места, видимые с помощью радиотелескопов, иногда кажутся движущимися
быстрее, но простые трюки перспективы легко объясняются, как это может быть.
Гипотетические частицы, называемые "тахионами" двигались бы быстрее света, если
бы они существовали, но их пока не нашли, а сегодняшняя теория их не
предсказывает. Экспериментаторы разгоняли протоны со скоростью более 99,9995
процентов скорости света и получили результаты, которые идеально соответствовали
предсказаниям Эйнштейна. Когда их разгоняют всё быстрее, скорость частицы очень
медленно приближается к скорости света, в то время как её энергия (масса) растет
безгранично.
На Земле человек может идти пешком или плыть только на определенные расстояния,
но никакой таинственный край или барьер вдруг не остановит его путешествия.
Просто Земля круглая. Ограничение скорости в пространстве предполагает не больше
"светового барьера", чем предел расстояния на Земле предполагает стену. Само
пространство - вакуум, который содержит энергию и материю, имеет свойства. Одно
из них - это его геометрия, которая может быть описана, если рассматривать время
как особое измерение. Эта геометрия заставляет скорость света отступать перед
ускоряющимся космическим кораблем во многом подобно тому, как горизонт отступает
перед движущимся по морю кораблем: скорость света, подобно горизонту всегда
равноудалена во всех направлениях. Но аналогия здесь заканчивается - это подобие
никак не поясняет кривизну пространства. Достаточно запомнить, что предельная
скорость - это не что-то такое что можно преодолеть грубой силой, как "световой
барьер". Объекты всегда могут двигаться быстрее, но не быстрее света.
Люди давно мечтали о контроле над гравитацией. В издании 1962 года книги
"Очертания будущего" Артур С. Кларк писал, что "Из всех сил гравитация - самая
загадочная и самая неумолимая", и дальше продолжал, предлагая мысль, что мы
однажды разработаем подходящие устройства для управления гравитацией. Однако
действительно ли гравитация такая таинственная? В общей теории относительности
Эйнштейн описывал гравитацию как кривизну в пространственно-временной структуре
вакуума. Математическое описание этого элегантно и точно, и делает предсказания,
которые прошли через все с тех пор предпринимаемые испытания.
Гравитация не более и не менее неумолима, чем остальные силы. Никто не может
заставить валун потерять свою гравитацию, но также никто не может заставить
электрон потерять свой электрический заряд или электрический ток - свое
магнитное поле. Мы управляем электрическими и магнитными полями, передвигая
частицы, которые их создают; мы можем управлять гравитационными полями
аналогичным образом, передвигая обычные массы. Представляется, что мы не можем
изучить секрет управления за гравитацией, потому что мы уже это сделали.
Ребенок с маленьким магнитиком может поднять гвоздь, используя магнитное поле
для того чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли. Но, к сожалению для
страстного желания инженеров, работающих с гравитацией, использование
гравитации, чтобы поднять гвоздь, требует огромной массы. Если прямо у вас над
головой будет находиться Венера - это почти сделает то, что нужно, пока она не
упадет на вас.
Инженеры возбуждают электромагнитные волны, передвигая электрические заряды
туда-сюда в антенне; можно возбудить гравитационные волны, перемещая камень в
воздухе. Но опять же, гравитационный эффект слабый. Хотя в радиостанции
мощностью в один киловатт нет ничего необычного, даже перемещение и закручивание
всей массы солнечной системы вместе взятой не сможет выделить более одного
киловатта гравитационных волн.
Мы понимаем гравитацию достаточно хорошо; в этом просто нет большой пользы для
построения машин намного легче, чем Луна. Но устройства с использованием большой
массы, будут работать. Гидроэлектростанция - часть гравитационной машины (другая
её составляющая - Земля), которая извлекает энергию из падающей массы. Машины,
используя черные дыры, будут способны извлекать энергию из падающей массы более
чем с 50-процентной эффективностью, основываясь на формуле Е=mc2. Выливание
одного ведра воды в черную дыру выделило бы столько же энергии, сколько
переливание нескольких триллионов ведер воды через генератор дамбы
гидроэлектростанции в километр высотой.
Поскольку законы гравитации описывают, как искривляется вакуум, они также
применимы к научно-фантастическим "искривлениям пространства". По-видимому,
туннели из одной точки пространства в другую были бы нестабильны, даже если они
могли бы быть созданы. Это не позволяет будущим космическим кораблям достигать
отдаленных точек быстрее, чем свет, используя короткий путь вокруг лежащего
посреди пространства, и это ограничение в перемещении в свою очередь
устанавливает предел росту.
По-видимому, закон Эйнштейна дает аккуратное описание общей геометрии вакуума.
Если так, то пределы, которые получаются в результате, неизбежны: вы можете
избавиться почти от всего, но не от самого вакуума.
Другие законы и пределы выглядят неизбежными по аналогичным причинам. В
действительности физики всё больше приходят тому, чтобы описывать все физические
законы в терминах структуры вакуума. Гравитационные волны - определенный тип
колебаний вакуума; черные дыры - определенный тип завихрения вакуума.
Аналогично, радиоволны - другой вид колебаний вакуума, а элементарные частицы ещё один, очень отличающийся вид завихрения (который в некоторых теориях
напоминает крошечные вибрирующие струны). С этой точки зрения существует только
одно вещество во вселенной - вакуум, но оно принимает множество форм, включая те
структуры, которые мы называем "твердой материей". Этот взгляд наводит на мысль
о неизбежных свойствах естественного закона. Если единое вещество, которое
заполняет вселенную - это и есть вселенная, то его свойства и ограничивают то,
что мы можем делать.
Однако странность современной физики ведет к тому, что большинство людей ей не
верят. Революции, которые произвели квантовая механика и относительность,
породили разговоры о "принципе относительности", "волновой природе материи",
"материи, которая суть энергия" и "искривленном пространстве-времени". Атмосфера
парадокса окружает эти идеи и таким образом саму физику. Понятно, что новые
технологии должны выглядеть для нас странно, но почему древние и неизменные
законы природы оказываются загадочными и шокирующими?
Наш мозг и языки развились так, чтобы иметь дело с вещами, намного
превосходящими по размерам атомы, и движущимися с крошечной долей скорости
света. Они достигли в этом достаточно хороших успехов, хотя чтобы научиться
описывать движение падающего камня заняло у людей столетия. Но мы простерли наше
знание далеко за пределы древнего мира ощущений. Мы обнаружили вещи
(материальные волны, искривленное пространство), которые кажутся причудливыми, и
некоторые просто находятся вне нашей способности их представить. Но
"причудливый" не значит таинственный или непредсказуемый. Математика и
эксперименты, тем не менее, работают, позволяя ученым разнообразить и отбирать
теории, производя в них эволюцию так, что они подходили даже под странную
реальность. Человеческий разум оказался замечательно гибким, но не особо
удивительно обнаружить, что мы не можем всегда себе представить невидимое.
Часть причины, что физика кажется такой странной в том, что люди страстно жаждут
странностей, и имеют склонность распространять мимы, которые описывают вещи как
странные. Некоторые люди поддерживают идеи, которые скрывают мир в слоях и
наполняют его таинственностями вида "уровень Б". Естественно, они поддерживают и
распространяют мимы, которые заставляют материю выглядеть нематериальной и
квантовую механику выглядеть как ветвь психологии.
Относительность, как уже сказано, обнаруживает, что материя (обычная старая
материя, которую люди думают, что понимают) - это на самом деле энергия (тонкая
таинственная субстанция, которая заставляет события происходить). Это дает почву
для широкого тумана на тему тайны вселенной. Могло быть более понятным сказать,
что относительность обнаруживает, что энергия - одна из форм материи, во всех её
формах, энергия имеет массу. Действительно, световые паруса работают на этом
принципе, благодаря удару массы в поверхность. Свет также распрстраняется
упакованным в частицы.
Также рассмотрим принцип неопределенности Гейзенберга, и связанный с ним факт,
что "наблюдатель всегда воздействует на наблюдаемое". Принцип неопределенности
присущ математике, описывающей обычную материю (давая атомам им присущий
размер), но связанный "эффект наблюдателя" представлен в некоторых популярных
книгах как магическое влияние сознания на мир. В действительности суть идеи
более прозаическая. Представьте себе, что вы смотрите на пылинку в солнечном
свете: когда вы наблюдаете отраженный свет, вы обязательно воздействуете на него
- ваш глаз его поглощает. Аналогично, свет (со своей массой) воздействует на
пятнышко пыли: он отталкивается от пылинки, прикладывая силу. Результат - не
воздействие вашего разума на пыль, а воздействие света на пыль. Хотя квантовое
измерение имеет особенности намного более тонкие, чем эта, ни одна из них не
включает разум, выходящий наружу для того чтобы изменить реальность.
Наконец рассмотрим "парадокс близнецов". Относительность предсказывает, что если
один из пары близнецов летит к другой звезде и возвращается со скоростью,
близкой к скорости света, то близнец, который летит, будет младше, чем
оставшийся дома брат. Действительно, измерения с точными часами демонстрируют
эффект замедления времени при очень быстром движении. Но это - не парадокс, это
просто факт природы.
Будет ли физика снова дополнена?
В 1894 году знаменитый физик Альберт Михельсон заявлял: "Наиболее важные
фундаментальные законы и факты физической науки открыты, и они сейчас так твердо
установлены, что возможность их когда-нибудь заменить на что-то новое вследствие
новых открытий крайне отдалена... Наши будущие открытия нужно искать в шестом
знаке после запятой".
Но в 1895 году Рентген открыл рентгеновские лучи. В 1896 году, Беккерель открыл
радиоактивность. В 1897 - Томсон открыл электрон. В 1905-м - Эйнштейн
сформулировал специальную теорию относительности (и таким образом объяснил
собственные наблюдения Михельсона в 1887 году относительно скорости света). В
1905-м Эйнштейн также представил фотонную теорию света. В 1911-м Резерфорд
открыл ядро атома. В 1915-м Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности.
В 1924-30, де Бройль, Эйзенберг, Бор, Паули и Дирак разработали основы квантовой
механики. В 1929 году Хаббл объявил о доказательстве расширения вселенной. В
1931 Михельсон умер.
Михельсон сделал незабываемую ошибку. Люди все ещё указывают на его заявление и
то, что за ним последовало, чтобы подтвердить точку зрения, что нам не следует
(никогда?) провозглашать какое бы то ни было достоверное понимание естественного
закона или пределов возможного. В конце концов, если Михельсон был столь уверен
и, тем не менее, оказался так не прав, не должны ли мы опасаться повторить его
ошибку? Великая революция в физике привела некоторых людей к заключению, что
наука будет продолжать приносить бесконечные важные сюрпризы, даже сюрпризы,
важные для инженеров. Но есть ли вероятность нам встретиться с такими серьезными
сдвигами снова?
Возможно, нет. Содержание квантовой механики было удивительным, однако до её
появления физика была очевидно и серьезно неполна. До квантовой механики вы
могли бы подойти к любому ученому, злобно улыбаясь, стукнуть по столу и
спросить: "Что удерживает эти штуки вместе? Почему это - коричневое и твердое, в
то время как воздух - прозрачный и газообразный?" Ваша жертва могла бы сказать
что-то туманное об атомах и их порядке, но когда вы будете настаивать на
разъяснении, вы бы в лучшем случае получили в ответ что-то вроде "Кто знает?
Физика пока не может объяснить материю!" Ретроспективный взгляд делать легко,
однако в мире, сделанном из материи, населенном материальными людьми,
использующими материальные инструменты, это невежество о природе материи было
брешью в человеческом знании, которое Михельсону бы, возможно, следовало
заметить. Это была брешь не в "шестом знаке после запятой", а в самой целой
части числа.
Также стоит посмотреть, до какой степени Михельсон был прав. Законы, о которых
он говорил, включали законы Ньютона о гравитации и движении, и законы Максвелла
об электромагнетизме. И действительно, при обычных условиях в конструировании
эти законы были изменены только "в шестом знаке после запятой". Законы Эйнштейна
гравитации и движения соответствуют законам Ньютона близко, за исключением
предельных условий гравитации и скорости. Законы квантовой электродинамики
Фейнмана, Швингера и Томонага близко соответствуют Законам Максвелла, исключая
лишь экстремальные значения размера и энергии.
Дальнейшие революции, вне сомнения, притаились где-то на крайних значениях этих
теорий. Но эти края кажутся далекими от мира живых существ и машин, которые мы
строим. Революции относительности и квантовой механики изменили наше знание о
материи и энергии, но сами материя и энергия остались неизменными - они реальны
и им нет никакого дела до наших теорий. Физики сейчас используют единый набор
законов для того чтобы описать, как ядра атомов и электроны взаимодействуют в
атомах, молекулах, молекулярных машинах, живых существах, планетах и звездах.
Такие законы пока не окончательно общие; поиск универсальной теории всех
физических явлений продолжается. Но как утверждает физик Стивен В. Хокинг, "На
настоящий момент мы обладаем набором частных законов, которые управляют
поведением вселенной при всех, кроме наиболее экстремальных условий". И по
инженерным стандартам, эти условия просто необычайно экстремальны.
Физики постоянно объявляют новые частицы, наблюдаемые в осколках из столкновений
частиц с крайне высокой энергией, но вы не можете купить одну из этих частиц в
коробочке. И это важно понимать, потому что если частица не может быть
сохранена, то она не может служить компонентом стабильной машины. Коробочки и их
содержимое состоят из электронов и ядер. Ядра, в свою очередь, состоят из
протонов и нейтронов. Атомы водорода имеют в своих ядрах только один протон;
атомы свинца имеют восемьдесят два протона и более сотни нейтронов.
Изолированные нейтроны распадаются за несколько минут. Некоторые другие
стабильные частицы известны: фотоны - частицы света, полезны и могут быть на
некоторое время пойманы; нейтрино - почти неопределяемые и не могут быть
пойманы. Эти частицы (кроме фотона) имеют соответствующие античастицы. Все
остальные известные частицы распадаются за несколько миллионных долей секунды
или быстрее. Таким образом, единственные известные строительные блоки для
аппаратных средств - это электроны и ядра (или их частицы, для некоторых особых
приложений); эти строительные блоки обычно комбинируются и образуют атомы и
молекулы.
Однако вопреки мощи современной физики, наше знание все ещё содержит очевидные
пробелы. Неустойчивое основание теории элементарных частиц оставляет некоторые
пределы неопределенными. Мы можем обнаружить новые стабильные частицы, которые
"можно поместить в коробочку", такие как магнитные монополи или свободные
кварки; если это так, они, несомненно, найдут себе применение. Мы можем даже
найти поля дальнего действия или форму радиации, хотя это кажется всё более
маловероятным. Наконец, некоторые новые способы сталкивания частиц могут
улучшить нашу способность превращать известные частицы в другие известные
частицы.
Но в целом, сложные аппаратные средства будут требовать сложных, устойчивых
структур из частиц. Вне среды коллапсирующей звезды, это означает: структур из
атомов, которые хорошо описываются релятивистской квантовой механикой. Границы
физики передвинулись. На теоретическом уровне физики ищут универсальное описание
взаимодействий всех возможных частиц, даже частиц с наименьшим сроком жизни. На
экспериментальном уровне они изучают структуры осколков атомов, создаваемых
столкновениями с высокими энергиями в ускорителях частиц. Пока никакие новые
устойчивые и полезные частицы не выходят из таких столкновений, или возникают
как остатки прошлых космических потрясений, атомы будут оставаться единственными
строительными блоками устойчивых аппаратных средств. И конструирование будет
оставаться игрой, в которую играют с помощью уже известных фигур по уже
известным правилам. Новые частицы добавили бы новые фигуры, но не отменили бы
правил.
Границы аппаратных средств
Действительно ли молекулярные машины - конец на пути миниатюризации? Идея, что
молекулярные машины могли бы стать шагом на пути ещё более маленьких "ядерных
машин" кажется достаточно естественной. Один молодой человек (студент последнего
курса по экономике в Колумбийском университете) слышал о молекулярной технологии
и её способности манипулировать атомами и сразу заключил, что молекулярная
технология могла бы делать всё что угодно, даже разлагать ядерные бомбы на
безопасные свинцовые кирпичики на расстоянии.
Молекулярная технология не может делать ничего подобного. Превращение плутония в
свинец (будь то на расстоянии или нет) находится вне возможностей молекулярной
технологии по той же причине, что и превращение свинца в золото лежит вне
возможностей алхимии. Молекулярные силы имеют мало влияния на ядра атомов. Атомы
содержат в себе более 99,9 процентов атомной массы и занимают около
1/1.000.000.000.000.000 его объема. В сравнении с ядром, остальная часть атома
(электронное облако) меньше, чем пушинка. Пытаться изменить ядро, тыкая в него
молекулой - это даже более бесполезно, чем пытаться расплющить стальной шарик от
подшипника, тыкая в него шаром воздушной сахарной ваты. Молекулярная технология
может сортировать и переупорядочивать атомы, но она не может достичь ядра, чтобы
изменить тип атома.
Наномашины не могут быть полезны в построении машин размером ядра, даже если они
могли бы существовать. Очевидно, они не могут, по крайней мере, при условиях,
которые мы можем создать в лаборатории. Машины должны иметь некоторое число
частей в близком контакте, но плотно упакованные ядра яростно отталкивают друг
друга. Когда расщеплялись ядра при взрыве Хиросимы, большая доля энергии
высвободилась из-за свирепого электростатического отталкивания только что
расщепленных половинок. Хорошо известная трудность слияния ядер происходит из
той же самой проблемы отталкивания ядер.
Вдобавок к расщеплению или слиянию, ядра можно заставить испускать или поглощать
различные типы излучения. В одном из методов их заставляют двигаться по спирали
так, чтобы получать полезную информацию, позволяя докторам делать медицинские
изображения, основанные на ядерном магнитном резонансе. Но все эти явления
опираются только на свойства хорошо разделенных ядер. Изолированное ядро слишком
просто для того чтобы действовать как машина или электронная схема. Ядра можно
заставить сблизиться, но только при громадном давлении, которое обнаруживается
внутри коллапсирующих звезд. Занятия конструированием в таких условиях
представляло бы существенные трудности, даже если коллапсирующая звезда была бы
у нас в руках.
Это возвращает нас к основному вопросу: что мы можем сделать, нужным образом
упорядочивая атомы? Некоторые пределы уже кажутся понятными. Самый прочный
возможный материал будет иметь (грубо) в десять раз большую прочность, чем
сегодняшний самый прочный стальной провод. (Самый прочный материал для
изготовления кабелей, по-видимому - карбин, форма углерода, имеющая атомы,
упорядоченные в прямые цепочки.) Представляется, что тепловые вибрации при
обычных давлениях будут разрывать самые прочные твердые материалы при
температурах около четырех тысяч градусов Цельсия (примерно на полторы тысячи
градусов прохладнее, чем на поверхности Солнца).
Эти грубые свойства материи - прочность и жароустойчивость не могут быть
существенно улучшены посредством сложного, умно устроенного упорядочивания
атомов. Кажется вероятным, что наилучшие структуры будут достаточно простые и
правильные. Другие довольно простые цели включают передачу тепла, изоляцию от
тепла, передачу электрического тока, электрическую изоляцию, передачу света,
отражение света и поглощение света.
Для некоторых целей, погоня за совершенством приведет к простым структурам; для
других она приведет к конструкционным проблемам, которые никак нельзя разрешить.
Разработка наилучшего возможного переключающего компонента для компьютера может
оказаться достаточно простой; разработка наилучшего возможного компьютера будет
намного более сложной. В действительности, то, что мы рассматриваем как
"наилучшее возможное" будет зависеть от многих факторов, включая стоимость
материи, энергии и времени - и от того, что мы собираемся вычислять. В любом
конструкторском проекте, то, что мы называем "лучшим" зависит от бесконечно
многих факторов, включая плохо определяемые и постоянно меняющиеся человеческие
потребности. Что более важно, даже когда "лучшее" определено, стоимость поиска
последнего прироста в улучшении, которое отделяет наилучшее от просто отличного,
может не стоить своей цены. Однако мы можем игнорировать все такие вопросы, как
сложность и стоимость разработки, когда рассматриваем, действительно ли
существуют пределы.
Чтобы определить предел, нужно выбрать направление, шкалу качества. Если
двигаться по какому-то направлению, в сторону, определенную как "лучше", то
обязательно будет что-то "наилучшее". Структура упорядочивания атомов определяет
свойства аппаратных средств, а согласно квантовой механике, множество возможных
способов упорядочивания конечно - более чем астрономически огромно, но не
бесконечно. Математически следует, что при ясной цели, некоторое одно из этих
способов упорядочивания должно быть наилучшим, или близким к нему. Как в
шахматах, ограниченное число фигур и ходов ограничивает способы упорядочивания
и, значит, возможности. Однако и в шахматах, и в конструировании, множество
возможного в этих пределах неисчерпаемо.
Знать лишь фундаментальные законы материи не достаточно для того чтобы сказать
точно, где лежат все пределы. Мы кроме того должны встретиться со сложностями
конструирования. Наше знание о некоторых ограничениях остается в больших
пределах: "Мы знаем только то, что предел лежит между этой точкой (несколько
шагов вперед) и той (пятнышко где-то у линии горизонта)". Ассемблеры откроют
путь к пределам, где бы они ни были, а системы автоматического инжиниринга
ускорят прогресс по пути к этому. Абсолютное совершенство часто оказывается
неуловимым, но стремящиеся вверх часто оказываются почти около него.
По мере того, как мы будем продвигаться к действительным пределам, наши
способности будут прекращать расти во всё больших областях технологии.
Продвижения в этих областях остановятся не просто на десятилетие или век, но
насовсем.
Некоторые могут игнорировать слово "насовсем", думая "Никаких улучшений за
тысячу лет? За миллион лет? Это должно быть переоценкой". Однако там, где мы
достигнем настоящих физических пределов, мы дальше не пойдем. Правила игры
встроены в структуру вакуума, в структуру вселенной. Никакое переупорядочивание
атомов, никакое сталкивание частиц, никакое законодательство или пение хоралов
не сдвинут естественные законы ни на йоту. Мы можем неправильно оценивать
пределы сегодня, но где бы пределы ни были, там они и останутся.
Этот взгляд на естественные законы показывает пределы качеству вещей. Но мы
также сталкиваемся с пределами количеству, устанавливаемому не только
естественными законами, но тем, как материя и энергия упорядочена во вселенной,
как нам удается её обнаруживать. Автор книги "Пределы роста", также как и многие
другие, пытался описать эти пределы, не исследуя прежде пределы технологии. Это
дало результаты, вводящие в заблуждение.
Энтропия: предел полезности энергии
Не так давно многие авторы описывали накопление отработанного тепла и хаос как
то, к чему ведет человеческая деятельность. В книге "Годы бедности - политика в
век скудных ресурсов", Ричард Барнет пишет:
В этом есть ирония, что повторное открытие границ совпадает с двумя самыми
дерзкими технологическими подвигами в человеческой истории. Один из них генетическая инженерия, неожиданный проблеск способности изменять форму самого
вещества жизни. Другой - выход в космос. Такие прорывы подтолкнули фантазии на
тему возможностей, но они не сломали экологическую смирительную рубашку,
известную как четвертый закон термодинамики: большее потребление энергии
производит большее количество тепла, которое никогда не исчезает, а должно
считаться необратимыми затратами энергии. Поскольку накопление тепла может
вызвать экологическую катастрофу, эти издержки ограничивают продвижение человека
в космосе, равно как и на земле".
Джереми Ривкин (с Тоддом Ховардом) написали целую книгу по организациям
термодинамики и будущего человечества, озаглавленную "Энтропия: новый взгляд на
мир".
Энтропия - стандартная научная мера расхода тепла и беспорядка. Везде, где
деятельность потребляет полезную энергию, она производит энтропию; энтропия
мира, следовательно, увеличивается постоянно и необратимо. В конце концов,
рассеяние полезной энергии разрушит основу жизни. Как сказал Ривкин, эта идея
может казаться слишком угнетающей, чтобы о ней думать, но он доказывает, что мы
должны встретить лицом к лицу ужасные факты относительно энтропии, человечества
и Земли. Но так ли ужасны эти факты?
Барнет пишет, что аккумулирующееся тепло - это необратимый расход энергии,
ограничивающий человеческое действие. Ривкин утверждает, что "загрязнение - это
суммарный итог всей доступной энергии в мире, которая превращена в недоступную
энергию". Эта недоступная энергия - главным образом низкотемпературный расход
тепла, что-то вроде того, который заставляет нагреваться телевизор. Но
действительно ли тепло аккумулируется, как этого боится Барнет? Если так, тогда
Земля должна становиться всё более горячей, минута за минутой, год за годом. Мы
сейчас должны изжариться, если бы наши предки не были заморожены. Однако какимто образом материки умудряются сохраняться холодными ночью и ещё более холодными
в течение зимы. Во время ледникового периода, охладилась вся Земля.
Ривкин делает другой ход. Он заявляет, что "фиксированный запас земной материи,
который составляет земную кору, постоянно рассеивается. Горы разрушаются и
верхний слой почвы выдувается с каждой проходящей секундой". Но под "выдуванием"
Ривкин не имеет в виду выдувание в космос или выдувание в небытие; он просто
имеет в виду, что атомы гор смешиваются вместе с другими. Однако этот процесс и
означает нашу обреченность. Смешивающиеся атомы делают их "недоступной
материей", как следствие "четвертого закона термодинамики", предложенным
экономистом Николасом Джорджеску-Регеном: "В закрытой системе, материальная
энтропия должна, в конце концов, достичь максимума", или, что то же самое:
"недоступная материя не может быть утилизирована". Ривкин провозглашает, что
Земля - закрытая система, обменивающаяся энергией, но не материей с её
окружением, и, следовательно, "здесь на земле материальная энтропия постоянно
увеличивается и должна, в конце концов, достичь максимума", заставляя земную
жизнь захиреть и погибнуть.
Действительно страшная ситуация - Земля дегенерировала в течение миллиардов лет.
Конечно же, конец должен быть близко!
Но может ли это действительно быть правдой? По мере того, как жизнь развивалась,
она вносила больше порядка на Землю, а не меньше; формирование залежей руды
делало то же самое. Идея, что Земля дегенерировала, кажется в лучшем случае
странной (но тогда Ривкин думает, что эволюция исчезла). Кроме того, поскольку
материя и энергия по сути одно и то же, как может реально действующий закон
выделить что-то, называемое "материальной энтропией" на первое место?
Ривкин предлагает распространение духов из бутылки в воздух в комнате как пример
"рассеивающейся материи", возрастания материальной энтропии, того, что материя
становится "недоступной". Распространение соли в воде в бутылке будет служить
таким же хорошим примером. Далее рассмотрите испытание "четвертого закона
термодинамики" в эксперименте с соленой водой в бутылке:
Представьте бутылку, имеющую дно с перегородкой, разделяющей его на две чашечки.
В одной находится соль, в другой - вода. Горлышко бутылки заткнуто пробкой: она
закрывает систему и делает так называемый четвертый закон термодинамики
применимым. Содержимое бутылки находится в организованном состоянии: его
материальная энтропия не находится в максимуме, пока.
Теперь возьмите бутылку и потрясите ее. Слейте воду в соседнее отделение,
покрутите ее, растворите соль - энтропия увеличилась жутко! В подобной закрытой
системе "четвертый закон термодинамики" говорит, что это увеличение материальной
энтропии должно быть перманентным. Все страхи Ривкина относительно устойчивого,
неизбежного увеличения энтропии Земли основываются на этом принципе.
Посмотреть, есть ли какое-нибудь основание для нового взгляда на мир Ривкина,
возьмем бутылку и наклоним ее, перелив соленую воду в одно из отделений на дне.
Это не должно иметь никакого значения, поскольку система остается закрытой.
Теперь установим бутылку вертикально, располагая соленую воду на солнечном
свете, а пустую сторону - в тени. Свет входит внутрь и тепло вытекает, но
система остается такой же закрытой, как сама Земля. Но посмотрите - лучи солнца
испаряют воду, которая конденсируется на теневой стороне! Свежая вода медленно
заполняет пустое отделение, оставляя за собой соль.
Сам Ривкин утверждает, что "в науке только одно не подходящее под закон
исключение достаточно для того чтобы доказать ложность закона". Этот мысленный
эксперимент, который подражает тому, как образовались естественные залежи соли
на Земле, доказывает ложность закона, на котором он основал всю свою книгу. Это
же делают растения. Солнечный свет приносит энергию из космоса; тепло,
излучаемое обратно в пространство, уносит энтропию (которой существует только
один вид). Следовательно, энтропия может уменьшаться в замкнутой системе, и
цветы могут цвести на Земле век за веком.
Ривкин прав, говоря что "возможно обратить энтропийный процесс в отдельно взятом
месте и времени, но только использовав энергию в этом процессе и таким образом
увеличивая общую энтропию окружающей среды." Но и Ривкин, и Барнет делают ту же
самую ошибку: когда они пишут об окружающей среде, они подразумевают Землю - но
закон применяется к окружающей среде как целому, а это целое - это вселенная. В
результате Ривкин и Барнет игнорируют и свет Солнца и холодную сторону ночного
неба.
По Ривкину, его идея разрушает понятие истории как прогресса, преступая пределы
современного мировоззрения. Он требует жертвы, утверждая, что "ни одна нация
третьего мира не должна питать надежд, что она когда-нибудь сможет достичь
материального изобилия, которое существует в Америке". Он боится паники и
кровопролития. Ривкин заканчивает, информируя нас, что "закон энтропии отвечает
на центральный вопрос, с которым сталкивалась каждая культура на протяжении
истории: как должен себя вести в мире человек?" Его ответ? "Последний моральный
императив, следовательно, расходовать как можно меньше энергии".
Это бы, по-видимому,
пытаясь исключить её
расточитель энергии?
раз быстрее, чем это
по-видимому, главный
значило, что мы должны сберегать как можно больше энергии,
излишнюю трату. Но что есть величайший близкий к нам
Ну, конечно же, Солнце - оно расточает энергию в триллионы
делают люди. Следовательно, если принимать его серьезно,
моральный императив Ривкина призывает: "Уберите Солнце!"
Это глупое следствие должно было бы опровергнуть Ривкина. Он и многие другие
сохраняют взгляды, которые попахивают докоперниковским невежеством: они
предполагают, что Земля - это весь мир, и что то, что делают люди - обязательно
космической важности.
Конечно, существует настоящий закон энтропии: второй закон термодинамики. В
отличие от поддельного "четвертого закона", он описан в учебниках и используется
инженерами. Он действительно будет ограничивать то, что мы будем делать.
Человеческая деятельность выделяет тепло, и ограниченная способность Земли
излучать тепло будет устанавливать жесткую границу количеству промышленной
активности, основанной на Земле. Подобным образом, мы будем, подобно плоскостям
крыла самолета, излучать отработанное тепло из наших звёздных кораблей. В конце
концов, но это произойдет в конце огромного промежутка времени, закон энтропии
вызовет гибель вселенной, как мы её знаем, ограничивая продолжительность жизни и
саму жизнь.
Почему я так набросился на суть энтропии Ривкина? Просто потому, что сегодняшние
информационные системы представляют собой мертворожденные идеи, как если бы они
были живыми. Поощряя эти фальшивые надежды, ложные страхи и ошибочные действия,
эти идеи могут растратить попусту усилия людей, которые активно озабочены
долгосрочными мировыми проблемами.
Среди тех, кто восхваляется на обложке книги Ривкина ("вдохновенная работа",
"блестящая работа", "переворачивающая мир", "нужно выучить наизусть") профессор Принстона, ведущий ток-шоу, и два сенатора США. Семинар в MIT ("Земля,
какой ей быть - мировоззрение для устойчивого будущего") отвел важное место
книге Ривкина.
Все устроители семинара были из нетехнических отделений. Меньшая часть сенаторов
в нашем технологическом обществе не образованы в технологии, также как и
профессора и ведущие ток-шоу. Сам Джорджеску-Реген, изобретатель "четвертого
закона термодинамики" имеет широкие заслуги - как ученый по общественным наукам.
Энтропийная угроза - пример явного абсурда, однако её изобретатели и люди, её
распространяющие, не изгоняются со смехом с общественной трибуны. Вообразите
тысячу, миллион подобных искажений - некоторые тонкие, некоторые бесстыдные, но
все искажающие понимание мира обществом. Теперь представьте группу
демократических наций, страдающих от заражения такими мимами, пытаясь иметь дело
с эрой ускоряющейся технологической революции. Мы имеем реальную проблему. Чтобы
сделать наше выживание более вероятным, нам нужны лучшие способы, чтобы
пропалывать свои мимы для того чтобы дать место здоровому пониманию роста. В
главе 13 и 14 я расскажу о двух предложениях, как это мы могли бы сделать.
Пределы ресурсов
Естественные законы ограничивают качество технологии, но в пределах этих границ
мы будем использовать воспроизводящиеся ассемблеры для того чтобы делать более
совершенные космические корабли. С помощью них мы откроем космос – как в ширину
так и в глубину.
Сегодня земля начала казаться маленькой, порождая опасения, что мы можем
истощить её ресурсы. Однако энергия, которую мы используем, меньше, чем 1/10 000
солнечной энергии, падающей на Землю; мы беспокоимся не об обеспечении энергией
как таковой, а о поставке газа и нефти подходящего качества. Наши шахты просто
изрыли поверхность земного шара; мы заботимся не о самом количестве ресурсов, а
об их пригодности и стоимости. Когда мы разработаем не создающие загрязнений
наномашины для сбора солнечной энергии и ресурсов, Земля станет способной
поддерживать цивилизацию, намного большую и богатую, чем когда-либо кто-либо
видел до этого, и при этом причиняя меньше вреда, чем мы делаем сегодня.
Потенциал Земли делает ресурсы, которые мы сейчас используем, незначительными.
Однако Земля - не более чем маленькое пятнышко. Осколки астероидов, оставшиеся
со времен образования планет, обеспечат достаточно материалов для того чтобы
построить тысячу земных поверхностей. Солнце заливает Солнечную систему в
миллиард раз большей энергией, чем доходит до Земли. Ресурсы Солнечной системы
действительно обширны, делая ресурсы Земли незначительными в сравнении с ними.
Однако и солнечная система - не более чем маленькое пятнышко. Звезды, которых
толпы на ночном небе, - это солнца, и человеческий глаз может видеть только
ближайшие. Наша галактика содержит сотни миллиардов солнц, и многие, вне
сомнения, изливают свой свет на мертвые планеты и астероиды, ожидающие
прикосновения жизни. Ресурсы галактики делают даже нашу солнечную систему
кажущейся незначительной в сравнении.
Однако и наша галактика - не более чем пятнышко. Свет, возраст которого старше,
чем человеческий род, показывает галактики вне нашей. Видимая вселенная содержит
сотни миллиардов галактик, и каждая - рой из миллиардов солнц. Ресурсы видимой
вселенной делают даже нашу галактику незначительной в сравнении с ними.
На этом мы достигаем границ знания, если не ресурсов. Солнечная система кажется
ответом достаточным для земных пределов - и если остальная часть вселенной
останется невостребованной другими, то наши шансы на экспансию готовы перепугать
разум несколько раз подряд. Значит ли это, что воспроизводящиеся ассемблеры и
дешевые космические корабли положат конец нашему беспокойству о ресурсах?
В каком-то смысле открытие космоса взорвет наши пределы роста, поскольку мы не
знаем конца вселенной. И тем не менее, Мальтус был по сути прав.
Мальтус
В своем "Опыте о законе народонаселения" 1798 года Томас Роберт Мальтус, как
английский священник, представил предшественника всех современных аргументов на
тему пределов роста. Он заметил, что свободно растущее население имеет тенденцию
удваиваться периодически, таким образом, увеличиваясь экспоненциально. В этом
есть смысл: поскольку все организмы происходят от удачных репликаторов, они
имеют тенденцию размножаться, когда у них есть возможность. В целях
доказательства Мальтус предположил, что ресурсы - обеспечение пищей - могли бы
увеличиваться как фиксированное количество за год (процесс, называемый линейным
ростом, так как его точки выстроены в линию на графике). Поскольку математика
показывает, что любая фиксированная скорость экспоненциального роста, в конце
концов, обгонит любую фиксированную скорость линейного роста, Мальтус утверждал,
что рост населения, если не контролируется, в конце концов, обогнал бы
производство пищи.
С тех пор авторы повторяли не раз вариации этой идеи, в книге, такой как "Бомба
народонаселения и голод", 1975(!) год, однако производство пищи шло в ногу с
населением. Вне Африки оно даже вырвалось вперед. Ошибался ли Мальтус?
По сути - нет: он был не прав главным образом насчет времени и деталей. Рост на
Земле встречает пределы, поскольку Земля имеет ограниченное место, будь то для
возделывания, или чего-то еще. Мальтус не мог предсказать, когда пределы схватят
нас за горло главным образом потому, что он не мог ожидать прорывов в
сельскохозяйственном оборудовании, сельскохозяйственной генетике и удобрениях.
Некоторые люди сейчас замечают, что экспоненциальный рост обгонит фиксированные
запасы ресурсов Земли, т.е. более простой аргумент, чем предлагал Мальтус. Хотя
космическая технология эту границу перейдет, она не перейдет все границы. Даже
если вселенная была бы бесконечно большой, мы бы всё равно не могли бы
передвигаться бесконечно быстро. Закон природы ограничит скорость роста: земная
жизнь будет распространяться не быстрее, чем свет.
Устойчивое расширение будет открывать новые ресурсы со скоростью, которая будет
увеличиваться по мере того, как границы уходят вглубь и вширь космоса.
Результатом этого будет не линейный рост, а кубический. Однако, по сути, Мальтус
был прав: экспоненциальный рост обгонит кубический рост также легко как
линейный. Вычисления показывают, что неконтролируемый рост населения, будь то с
долгой жизнь или без, обогнал бы доступные ресурсы примерно за одну или две
тысячи лет максимум. Неограниченный экспоненциальный рост остается фантазией,
даже в космосе.
Остановит ли нас кто-нибудь?
Владеют ли уже иные цивилизации ресурсами во вселенной? Если так, то они бы
оказались бы пределом роста. Факты относительно эволюции и технологических
пределов проливают полезный свет на этот вопрос.
Поскольку многие звёздные системы, подобные Солнечной, на много сотен миллионов
лет старше нашей солнечной системы, некоторые цивилизации (если какое-то
существенное их число существует) должны были бы быть на сотни миллионов лет
впереди нас. Мы бы ожидали, что, по крайней мере, некоторые из этих цивилизаций
сделали бы то, что делала вся известная жизнь: распространяться так широко,
насколько она может. Земля зеленая не только в океанах, где жизнь зародилась, а
и на берегах, холмах и горах. Зеленые растения сейчас распространились на
орбитальные станции; если у нас получится, Земные растения распространятся к
звездам. Организмы распространяются так широко, как они могут, а потом ещё
немного дальше. У некоторых не получается и они умирают, но успешные выживают и
распространяются ещё дальше. Переселенцы, направлявшиеся в Америку, плыли и
тонули, высаживались на берег и умирали с голоду, но некоторые выживали, чтобы
основать новые нации. Организмы повсюду будут чувствовать давление факторов,
описанных Мальтусом, потому что они в процессе эволюции научатся выживать и
распространять гены и мимы, которые толкают в этом направлении. Если внеземные
цивилизации существуют, и если даже малая доля была бы похожа на то, какая есть
вся жизнь на Земле, то они должны были бы к сегодняшнему моменту
распространиться по космосу.
Подобно нам, они бы имели тенденцию разрабатывать технологии для того чтобы
достичь пределов, установленных естественными законами. Они бы учились, как
передвигаться со скоростью, близкой к световой, и конкуренция или чистое
любопытство подтолкнуло бы их это делать. Действительно, только
высокоорганизованные, высокостабильные общества могли бы ограничить давление
конкуренции достаточно хорошо, чтобы избежать взрыва вовне со скоростью, близкой
к световой. На сегодня, после сотен миллионов лет, даже широко рассеянные
цивилизации распространились бы достаточно далеко, чтобы встретить друг друга,
разделив космос между собой.
Если эти цивилизации действительно везде, тогда они оказались очень сдержанными
и очень хорошо себя спрятали. Они бы контролировали ресурсы целых галактик на
протяжении многих миллионов лет, и встретили пределы роста в космическом
масштабе. Продвинутая цивилизация, упирающаяся в свои экологические пределы,
почти по определению, не расходовала бы энергию и материю. Однако мы видим
расход во всех направлениях, поскольку мы видим спиральные галактики: их
спиральные рукава содержат облака пыли, состоящей из расходуемой впустую
материи, подсвеченной бесполезно расходуемым светом звезд.
Если подобные продвинутые цивилизации существовали бы , тогда наша солнечная
система лежала бы в царстве одной из них. Если так, тогда бы сейчас был их ход мы не могли бы ничего сделать для того чтобы им угрожать, а они бы могли изучать
нас как им нравится, с нашим участием или без.
Если они существуют, они, должно быть, прячут себя, и сохраняют все местные
законы в секрете.
Идея, что человечество одиноко в видимой вселенной согласуется с тем, что мы
видим в небе и с тем, что мы знаем о происхождении жизни. Никаких застенчивых
чужестранцев не нужно для того чтобы объяснить факты. Некоторые говорят, что
поскольку существует так много звезд, обязательно среди них должны быть иные
цивилизации. Но в видимой вселенной имеется меньше звезд, чем молекул в стакане
воды. Так же как стакан воды не обязательно содержит все возможные химические
вещества (и даже сток химического завода), так же другие звезды не обязательно
дают убежище цивилизациям.
Мы знаем, что конкурирующие репликаторы имеют тенденцию расширяться к своим
экологическим границам, и что ресурсы, тем не менее, бесполезно расточаются по
всей вселенной. Мы не получили ни одного посланца от звезд, и у нас очевидно нет
даже приличного сторожа зоопарка. Вполне возможно, что там никого и нет. Если
они не существуют, тогда нам нет нужды учитывать их в своих планах. Если они
существуют, тогда они переделают наши планы в соответствии со своими
непостижимыми желаниями, и, по-видимому, нет способа подготовиться к этой
возможности. Таким образом, на данный момент, или возможно, навсегда, мы можем
создавать планы на наше будущее, не заботясь об ограничениях, накладываемых
иными цивилизациями.
Рост в пределах границ
Есть кто-то там, или нет, мы стоим на своем пути. Космос ждет нас, бесплодный
камень и солнечный свет, подобный бесплодному камню и солнечному свету земных
континентов миллиард лет назад, перед тем, как жизнь стала выходить из моря.
Наши инженеры разрабатывают мимы, которые помогут нам создать отличные
космические корабли и поселения: мы будет осваивать землю солнечной системы в
комфорте. За пределами богатства внутри солнечной системы лежит кометное облако
- обширная среда для роста, которая становится тоньше на просторах межзвездного
пространства и утолщается ещё больше вокруг других звёздных систем, с новыми
солнцами и девственными камнями, ожидающими прикосновения жизни.
Хотя бесконечный экспоненциальный рост остается фантазией, распространение жизни
и цивилизации не встречает жестких границ. Расширение будет продолжаться, если
мы выживем, потому что мы - часть живой системы, а жизнь имеет тенденцию
распространяться. Пионеры двинутся вперед, в миры без конца. В любых поселениях,
время придет, когда граница - будет далеко впереди, а потом ещё дальше. На
протяжении большей части будущего большинство людей и их потомков будут жить без
пределов роста.
Нам могут нравиться или не нравиться пределы роста, но их реальность не зависит
от наших желаний. Пределы существуют, по направлению к чему бы цели четко ни
ставились.
Но на границах, где ограничения изменяются, эта идея становится неуместной. В
искусстве или математике ценность работы зависит от сложности стандартов,
оспариваемых и изменяемых. Один из этих стандартов - новизна, и она никогда не
может быть исчерпана. Там, где цели изменяются, и царит мир сложности, пределы
не обязательно нас ограничивают. Для создания симфонии и песни, картины и миров,
программ, теорем, фильмов и прекрасных вещей, которые мы ещё не можем себе
представить, конца не видно. Новые технологии станут основной для новых видов
искусства, а новые искусства принесут новые стандарты.
Мир грубой материи предлагает место для грандиозного, но ограниченного роста.
Мир разума и структуры, однако, содержит место для бесконечной эволюции и
изменения. Возможное кажется достаточным пространством.
Взгляд на пределы
Идея великих продвижений в жестких границах не была разработана так, чтобы
давать кому-то удовольствие, а так, чтобы быть правильной. Пределы ограничивают
возможности, и некоторые могут быть безобразными или пугающими. Нам нужно
подготовиться к прорывам, ожидающим нас впереди, однако многие футуристы
старательно делают вид, что никаких прорывов не произойдет.
Эта школа мысли связана с "Пределами роста", опубликованными как отчет Римского
клуба. Профессор Михайло Месарович позже стал соавтором "Человечества на
поворотной точке", опубликованном как второй отчет Римского клуба. Профессор
Месарович разработал компьютерную модель, которая имеет целью описать будущие
изменения в мировом население, экономике и окружающей среде. Весной 1981 года он
посетил MIT для того чтобы обратиться к "Ограниченной Земле: мировоззрение для
поддерживаемого будущего" - тот же семинар, который сделал главным своим пунктом
энтропию Джереми Ривкина. Он описал модель, намереваясь дать грубое описание
следующего столетия. Когда ему задали вопрос, допускает ли он или кто-либо из
его коллег хотя бы один прорыв в будущем, сравнимый, скажем, с нефтяной
промышленностью, самолетами, автомобилями, электрической энергией или
компьютерами - возможно самовоспроизводящиеся робототехнические системы или
дешевые полеты в космос, он ответил прямо - нет.
Очевидно, что подобные модели будущего несостоятельны. Однако некоторые люди,
по-видимому, желают, даже страстно желают, верить, что прорывы вдруг закончатся,
что глобальная гонка технологий, которая набирала скорость на протяжении
столетий, затормозится и остановится в ближайшем будущем.
Привычка пренебрегать или отрицать возможностью продвижения технологии - это
общая проблема. Некоторые люди верят в аккуратно очерченные пределы, потому что
они слышали, как уважаемые люди накручивают звучащие правдоподобно аргументы в
пользу этого. Однако, по-видимому, некоторые люди больше обращают внимание на
желания, чем на факты, после столетия ускоряющегося прогресса. Чёткие границы
упрощают наше будущее, делая его более простым для понимания и более комфортным,
чтобы о нем думать. Вера в чёткие пределы также освобождает человека от
определенных забот и ответственности. В конце концов, если естественные силы
остановят гонку технологий, удобно и автоматически, тогда нам нет нужды пытаться
понять её и контролировать.
Самое лучшее - то, что это бегство от реальности не ощущается как бегство.
Настрой на глобальный спад должен давать то, что суровые факты будут
восприниматься без содрогания. Однако такое будущее не оказалось бы чем-то
новым: оно толкнуло бы нас по направлению к подобной нищете прошлого Европы или
настоящего стран третьего мира. Настоящая смелость требует встречать реальность
лицом к лицу, встречать ускоряющиеся изменения в мире, которые не имеют
автоматической остановки. Это ставит огромные и крайне существенные
интеллектуальные, моральные и политические задачи.
Предостережения о ложных границах приносят двойной вред. Во-первых, они
дискредитируют саму идею ограничений, притупляя остроту интеллектуального
инструмента, который нам необходим для того чтобы понять наше будущее. Но что
ещё хуже, подобные предостережения отвлекают внимание от реальных проблем. В
западном мире существует живая политическая традиция, которая поощряет
подозрительность к технологии. До той степени, пока вначале она дисциплинирует
свои подозрения, проверяя их относительно реальности и далее выбирая
работоспособные стратегии для управления изменением, эта традиция может вложить
многое в выживание жизни и цивилизации. Но люди, озабоченные технологией и
будущим - ограниченный ресурс. Мир не может себе позволить расточать их усилия
на бесплодные кампании, чтобы остановить глобальный поток технологии редким
веником западных движений протеста. Грядущие проблемы требуют более тонких
стратегий.
Никто не может пока сказать наверняка, какие проблемы окажутся наиболее важными,
или какие стратегии окажутся наилучшими для их разрешения. Однако мы уже можем
видеть новые, огромной важности, проблемы и мы можем различить стратегии с
различной степенью перспективности. Короче говоря, мы можем знать достаточно о
будущем для того чтобы идентифицировать цели, которые стоят того чтобы им
следовать.
Часть 3.
Надежды и
опасения
Глава 11. МАШИНЫ РАЗРУШЕНИЯ
И я не сомневаюсь, что самыми грозными из всех армий, о которых когда-либо
слышали на земле, является тот вид солдат, которые за их малостью не видимы.
Сэр Уильям Перри, о микробах, 1640 год.
Размножающиеся ассемблеры и мыслящие машины создают принципиальные угрозы для
людей и жизни на Земле. Сегодняшние организмы имеют способности, далёкие от
пределов возможного, а наши машины эволюционируют быстрее, чем мы сами. В
пределах нескольких десятилетий вполне вероятно, что они нас превзойдут. Если мы
не научимся жить с ними в безопасности, наше будущее, вероятно, будет и
восхитительным, и коротким. Мы не можем надеяться предвидеть все проблемы
впереди, однако, уделяя внимания большим, принципиальным моментам, мы, возможно,
в состоянии предвидеть наиболее значительные задачи и получить некоторое
представление о том, как с ними иметь дело.
Без сомнения, будут написаны целые книги о грядущих социальных сдвигах: что
случится с глобальным порядком, когда ассемблеры и автоматический инжиниринг
исключат необходимость в большей части международной торговли? Как общество
изменится, когда отдельные люди смогут жить независимо? Что мы будем делать,
когда размножающиеся ассемблеры смогут производить почти всё что угодно без
человеческого труда? Что мы будем делать, когда системы ИИ смогут думать быстрее
и лучше людей? (И до того, авторы тоже могут рассмотреть, как бегуны относятся к
машинам, или как художники относятся к камерам.)
В действительности авторы уже почти предвидели и проговорили несколько из этих
моментов. Каждый из них - дело необычайной важности, но более фундаментальными,
чем любой из них, являются выживание жизни и свобода. В конце концов, если жизнь
или свобода исчезнут, то наши идеи о социальных проблемах больше не будут иметь
значения.
Угроза от машин
В главе 4 я описал кое-что из того, что воспроизводящиеся ассемблеры будут
делать для нас, если мы будем с ними правильно обращаться. Приводимые в движение
топливом или солнечным светом, они будут способны делать почти всё что угодно
(включая их самих) из широко распространенных материалов.
Живые организмы также приводятся в движение топливом или солнечным светом, и
также делают большую часть себя из широко распространенных материалов. Но в
отличие от систем, основанных на ассемблерах, они не могут делать "почти всё что
угодно".
Генетическая эволюция ограничила жизнь системами, построенными на ДНК, РНК и
рибосомах, но эволюция мимов принесет машины, подобные жизни, построенные на
нанокомпьютерах и ассемблерах. Я уже описал, чем построенные из ассемблеров
молекулярные машины будут отличаться от построенных на рибосомах машинах жизни.
Ассемблеры будут способны строить всё то, на что способны рибосомы, и более
того; репликаторы на базе ассемблеров, следовательно, будут способны делать всё,
что может жизнь, и более того. С точки зрения эволюции, это создает очевидную
угрозу выдрам, людям, кактусам и папоротникам - всей богатой фабрике биосферы и
всему, что мы ценим.
Ранние компьютеры, построенные на транзисторах, вскоре обошли самые лучшие
компьютеры на электронных лампах потому, что они были сделаны из устройств более
высокого уровня. По той же причине, ранние репликаторы, построенные на
ассемблерах, могли бы обойти самые совершенные из современных организмов. Новые
"Растения" с новыми "листьями" столь же эффективными, как сегодняшние солнечные
элементы, могли бы выиграть конкуренцию у настоящих растений, наводняя биосферу
новой несъедобной листвой. Всеядные "бактерии" могли бы выиграть конкуренцию у
настоящих бактерий: они могли бы распространиться как летящая пыльца,
стремительно размножаясь и превратив биосферу в пыль за считанные дни. Опасные
репликаторы могли бы легко быть слишком жесткими, маленькими и быстро
распространяющимися, чтобы их остановить - по крайней мере если мы не сделаем
никаких приготовлений. У нас достаточно проблем с контролем над вирусами и
фруктовыми мушками.
Среди знатоков нанотехнологии эта угроза стала известна как проблема "серой
липкой массы" (или "серой слизи"). Хотя массы бесконтрольных репликаторов не
обязательно должны быть серыми или липкими, термин "серая липкая" подчеркивает,
что репликаторов, способных уничтожить жизнь, может быть меньше в шприце, чем
одного вида травяных жучков. Они могли бы быть "высшими" в эволюционном смысле,
но это не обязательно сделало бы их ценными. Мы научились любить мир богатым
живыми тварями, идеями, и разнообразием, так что нет причин ценить серую массу
только за то, что она может распространяться. Действительно, если мы
предотвратим её размножение, тем самым мы докажем наше эволюционное
превосходство.
Угроза серой липкой массы делает одну вещь совершенно очевидной: мы не можем
себе позволить определенные виды случайностей с размножающимися ассемблерами.
В главе 5 я описал некоторое из того, что будут делать для нас продвинутые
системы ИИ, если мы будем правильно с ними обращаться. В конечном счете, они
будут воплощать структуры мысли и заставлять их течь со скоростью, с которой не
может сравнится ни один мозг млекопитающего. Системы ИИ, которые работают
вместе, так же, как это делают люди, будут способны думать не просто как
отдельные люди, но как целые общества. Эволюция генов оставила жизнь в
определенном состоянии. Эволюция мимов (человеческими существами, и, в конечном
счете, машинами) будет продвигать наши аппаратные средства далеко за пределы
жизни. И снова, с точки зрения эволюции, это создает очевидную угрозу.
Знание может давать власть, а власть может давать знание. В зависимости от своей
природы и своих целей, продвинутые системы ИИ могли бы накопить достаточно
знания и власти для того чтобы сместить нас, если мы не подготовимся должным
образом. И, так же, как с репликаторами, простое эволюционное "превосходство" не
обязательно сделает победителей лучшими, чем исчезнувшие, по всем стандартам,
кроме грубой способности конкурировать.
Эта угроза делает одну вещь совершенно очевидной: нам необходимо найти способы
жить с мыслящими машинами - для того чтобы сделать их законопослушными
гражданами.
Машины власти
Определенные виды репликаторов и систем ИИ могут столкнуть нас с формами
технических средств, способных к быстрому эффективному независимому действию. Но
новизна этой угрозы, происходящей от самих машин, не должна скрывать от нашего
взора более традиционную опасность. Репликаторы и системы ИИ могут также служить
как великолепные машины власти, если ими свободно завладеют государства.
На всем протяжении истории, государства разрабатывали технологии для того чтобы
расширить свою военную мощь, и государства, несомненно, будут играть
доминирующую роль в разработке репликаторов и систем ИИ. Государства могли бы
использовать воспроизводящиеся ассемблеры для того чтобы строить арсеналы
совершенного оружия - быстро, легко и в огромных количествах. Государства могли
бы использовать специальные репликаторы, непосредственно, чтобы вести род
биологической войны - войны, которая становится намного более практичной с
программируемыми, управляемыми компьютерами "микробами". В зависимости от своих
способностей, системы ИИ могли бы служить как оружие разработчиков, стратегов и
бойцов. Военное финансирование уже поддерживает и молекулярные технологии, и
искусственный интеллект.
Государства могли бы использовать ассемблеры или продвинутые системы ИИ для того
чтобы достигать неожиданных, дестабилизирующих прорывов. Ранее я говорил о
причинах того, почему приход воспроизводящихся ассемблеров принесет сравнительно
неожиданные изменения: способность быстро размножаться привела бы к тому, что их
количество могло бы стать огромным за считанные дни. Способность делать почти
всё что угодно привела бы к тому, что их можно было бы запрограммировать, чтобы
копировать имеющееся оружие, но сделанное из более совершенных материалов.
Способность работать со стандартными, хорошо понятными компонентами (атомами)
привела бы к тому, что они могли бы неожиданно строить вещи, разработанные в
ожидании ассемблерной революции. Такие результаты проектирования с опережением
могли бы включать программируемые микробы и другие жуткие новшества. По всем
этим причинам, государство, которое сделает ассемблерную революцию, могло бы
быстро создать решающую военную силу - если не буквально за ночь, то, по крайней
мере, с беспрецедентной скоростью.
Государства могли бы использовать и продвинутые системы ИИ для аналогичных
целей. Системы автоматической разработки будут ускорять проектирование с
опережением и ускорять разработку ассемблеров. Системы ИИ, способные строить
лучшие системы ИИ сделают возможным взрыв способностей с последствиями, которые
трудно предвидеть. И системы ИИ, и воспроизводящиеся ассемблеры дадут
государствам возможность увеличивать свои военные возможности на порядки за
короткое время.
Репликаторы могут быть более действенны, чем ядерное оружие: чтобы опустошить
Землю бомбами, потребовались бы массы экзотических технических средств и редких
изотопов, но чтобы разрушить всю жизнь с помощью репликаторов, потребовалось бы
лишь одно пятнышко, состоящее из обычных элементов. Репликаторы выглядят как
технология, родственная ядерной войне – как такая потенциальная причина
вымиранию, а занчит у нас есть более широкий контекст моральной проблемы
вымирания.
Вопреки своему потенциалу машин разрушения, как нанотехнология так и системы ИИ
будут годиться для более тонких способов использования, чем ядерное оружие.
Бомба может только взрывать, но наномашины и системы ИИ могли бы проникать,
захватывать, изменять и управлять территорией или миром. Даже самая безжалостная
полиция бесполезна против ядерного оружия, но она может использоваться против
безумных идей, наркотиков, убийц или других гибких машин власти. С продвинутой
технологией государства будут способны консолидировать свою власть над людьми.
Также как гены, мимы, организмы и технические средства, государства
эволюционируют. Их возможности распространились на рост, деление, подражание и
завоевание. Государства в войне дерутся как звери, но используя граждан как свои
кости, мозг и мускулы. Грядущие технологические прорывы поставят государства
перед новыми видами возможностей, благоприятствуя резким изменениям в том, как
государства себя ведут. Это естественно дает основание для озабоченности.
Исторически государства выделялись в кровопролитии и угнетении.
В некотором смысле, государство - это просто сумма людей, образующих
организационный аппарат: действия людей складываются в действие государства. Но
то же самое можно сказать о собаке и её клетках, хотя собака, очевидно, нечто
большее, чем просто группа клеток. И собаки, и государства - эволюционирующие
системы, со структурами, которые влияют на то, как ведут себя их составляющие.
На протяжении тысяч лет, собаки во многом эволюционировали так, чтобы доставлять
удовольствие людям, само их существование зависело от их способности быть
использованными людьми, будь то поводыри, ищейки или солдаты.
Может казаться парадоксальным сказать, что люди имеют ограниченную власть над
государствами: в конце концов, не люди ли стоят за каждым действием государства?
Но в демократических странах главы государств оплакивают недостаток своей
власти, представители поклоняются интересам групп, бюрократы ограничены
правилами, а избиратели, якобы в ответственности за всё это, всех их посылают к
чертям. Государство действует и люди влияют на него, однако никто не может
заявить, что контролирует его. В тоталитарных странах аппарат власти имеет
традицию, структуру и внутреннюю логику, которая никого не оставляет свободным,
ни правителей, ни тех, кем управляют. Даже короли вынуждены действовать
способами, ограниченными традициями монархии и прагматикой власти, если они
хотят оставаться королями. Государства - это не люди, хотя они состоят из людей.
Вопреки этому, история показывает, что изменение возможно, даже изменение к
лучшему. Но изменения всегда движутся из одной полуавтоматической,
нечеловеческой системы к другой - одинаково нечеловеческой, но возможно более
гуманной. В нашей надежде на улучшения, мы не должны смешивать античеловеческие
государства с государствами, которые имеют гуманные институты.
Описание государств как квази-организмов схватывает только один аспект сложной
реальности, но он подсказывает, как они могут эволюционировать в ответ на
грядущие прорывы. Рост власти правительства, наиболее хорошо заметный в
тоталитарных странах, предлагает одно направление.
Государства могли бы стать в большей степени подобными организмам, имея более
сильное влияние на свои части. Используя воспроизводящиеся ассемблеры,
государства могли бы заполнить среду людей миниатюрными устройствами надзора.
Используя изобилие систем ИИ, понимающих речь, они могли бы слушать каждого, не
используя половину населения в качестве шпионов. Используя нанотехнологию, как
это было предложено для машин ремонта клеток, они могли бы с минимальными
издержками успокоить, провести лоботомию, или ещё как-то модифицировать целые
народы. Это могло бы просто расширить известную картину. Мир уже содержит
правительства, которые шпионят, пытают и кормят наркотиками; усовершенствованная
технология просто расширит возможности.
Но с усовершенствованной технологией государствам не нужно будет контролировать
людей - они просто вместо этого могли бы отказаться от людей. Большинство людей
в большинстве государств, в конце концов, действуют в качестве работниковмуравьев, которые либо трудятся над личинками, либо охраняют их, а большая часть
из этих работников делает, двигает или выращивает вещи. Государство с
воспроизводящимися ассемблерами не нуждалось бы в подобной работе. Что более
важно, продвинутые системы ИИ могли бы заменить инженеров, ученых,
администраторов, и даже лидеров. Комбинация нанотехнологии и продвинутого ИИ
сделает возможными разумных и эффективных роботов; с такими роботами,
государство могло бы процветать, уволив кого угодно, или даже (в принципе) всех.
Значение этой возможности зависит от того, существуют ли государство для того,
чтобы служить людям, или люди существуют для того, чтобы служить государству.
В первом случае мы имеем государство, сформированное людьми для того чтобы
служить общечеловеческим целям; демократии имеют тенденцию быть, по крайней
мере, грубым приближением к этому идеалу. Если демократически управляемое
правительство теряет свою необходимость в людях, это, по сути, означает, что ему
не нужно больше использовать людей как чиновников и налогоплательщиков. Это
откроет новые возможности, некоторые из которых могут оказаться желательными.
Во втором случае, мы имеем государство, которое развилось для того чтобы
эксплуатировать людей, возможно по тоталитарному принципу. Государства нуждаются
в людях как в работниках, потому что человеческий труд являлся необходимым
основанием для власти. Что более важно, геноцид был дорогим и проблематичным для
организации и выполнения. Однако в этом веке тоталитарные государства убивали
своих граждан миллионами. Усовершенствованная технология сделает работников
ненужными, а геноцид легко исполнимым. История свидетельствует, что тоталитарные
государства могут тогда вообще уничтожить людей. Кажется вероятным, что
государство, желающее и способное поработить нас биологически, вместо этого бы
просто нас убило.
Угроза совершенной технологии в руках правительств делает одну вещь совершенно
очевидной: мы не можем позволить себе дать деспотическому государству взять
первенство в грядущих прорывах.
Основная проблема, которую я обрисовал - очевидна: в будущем, также как и в
прошлом, новые технологии будут годиться для аварий и злоупотребления. Поскольку
репликаторы и думающие машины будут давать огромную новую власть, эта
возможность аварий и злоупотребления будет также огромна. Такие возможности
создают реальные угрозы нашим жизням.
Большинство людей хотело бы иметь возможность жить и быть свободными выбирать,
как им жить. Эта цель может не звучать слишком утопичной, по крайней мере, в
некоторых частях света. Это не означает принуждение жизни каждого к соответствию
какому-то грандиозному плану; это главным образом означает, чтобы избежать
порабощения и смерти. Однако, также как достижение утопичной мечты, это принесет
будущее чудес.
Учитывая эти проблемы жизни и смерти и эту общую цель, мы можем рассмотреть,
какие меры могли бы нам помочь достичь успеха. Наша стратегия должна включать
людей, принципы и институты, но также она должна основываться на тактике,
которая неизбежно будет включать технологию.
Системы, которым можно доверять
Чтобы использовать подобные мощные технологии безопасно, мы должны делать
технические средства, которым мы можем доверять. Чтобы иметь доверие, мы должны
быть способны тщательно оценивать технические факты - способность, которая в
свою очередь будет зависеть отчасти от качества наших способов оценки. Более
существенно, однако, она будет зависеть от того, будут ли заслуживающие доверие
технические средства физически возможны. Это - вопрос надежности компонентов и
систем.
Часто мы можем делать надежные компоненты, даже без помощи ассемблеров.
"Надежные" не значит "неразрушимые" - всё что угодно разрушится, если его
поместить достаточно близко к ядерному взрыву. Это даже не означает "стойкий" телевизор может быть надежным, однако он не выдержит удара о бетонный пол.
Скорее, мы называем что-то надежным, когда мы можем рассчитывать, что оно будет
работать, как задумано.
Надежный компонент не обязательно должен быть совершенным воплощением
совершенной конструкции: ему только нужно быть достаточно хорошим воплощением
достаточно предусмотрительной конструкции. Инженер, который строит мост, может
не быть уверен насчет силы ветра, нагрузки движения по мосту, и прочности стали,
но предполагая высокий ветер, интенсивное движение и непрочную сталь, инженер
может сконструировать мост, который сможет всё это выдержать .
Неожиданные отказы компонентов обычно проистекают из физических дефектов. Но
ассемблеры будут строить компоненты, которые имеют пренебрежимо малое число
атомов не на своем месте - ни одного, если будет в том необходимость. Это
сделает их идеально унифицированными и в ограниченном смысле - совершенно
надежными. Однако излучение будет всё равно вызывать повреждение, поскольку
космические лучи могут неожиданно выбивать атомы из чего угодно. В достаточно
малых компонентах (даже в современных компьютерных устройствах памяти),
отдельная частица излучения может вызвать отказ.
Но системы работают, даже когда их составляющие перестают работать; ключ к этому
- избыточность. Представьте мост, подвешенный на канатах, которые случайным
образом обрываются, каждый около одного раза в год в непредсказуемый момент
времени. Если мост упадет когда порвется канат, его будет использовать слишком
опасно. Однако представьте, что чтобы починить канат требуется один день (потому
что квалифицированная команда ремонтников с запасными канатами вызывается как
только необходимо), и что, хотя необходимо пять канатов для того чтобы
поддерживать мост, есть на самом деле шесть. Теперь один канат рвется, и мост
всё равно остается на своем месте. Закрыв движение и далее заменив порвавшийся
канат, операторы моста могут восстановить безопасность. Чтобы разрушить этот
мост, в этот же день должен порваться второй кабель, также как и первый.
Поддерживаемый шестью канатами, каждый имеющий 1 из 365 шансов порваться, мост,
вероятно, выдержит около 10 лет.
Во время перестройки он остается ужасным. Однако мост с десятью канатами (пять
необходимых и пять дополнительных) упадет, только если шесть канатов порвутся в
тот же день: система поддержки, вероятно, выдержит более десяти миллионов лет. С
пятнадцатью канатами ожидаемая продолжительность жизни - более чем в десять
тысяч раз больше возраста Земли. Избыточность может давать экспоненциальный
взрыв безопасности.
Избыточность работает лучше всего, когда избыточные компоненты действительно
независимы. Если мы не доверяем процессу конструирования, то мы должны
использовать компоненты, разработанные независимо; если бомба, пуля или
космический луч может повредить несколько соседних частей, то мы должны
распределить избыточные части более широко. Инженеры, которые хотят обеспечить
надежное сообщение между двумя островами не должны просто добавлять канаты к
мосту. Им нужно построить два хорошо разделенных моста, использующих различные
конструкции, далее добавить туннель, паром и пару островных аэропортов.
Компьютерные инженеры также используют избыточность. Стратус Компьютер Инк.,
например, производит машину, которая использует центральные обрабатывающие блоки
(в двух частях) для значительно более надежного выполнения одной работы. Каждая
часть постоянно проверяет внутреннее соответствие, и вышедшая из строя деталь
может быть заменена, пока работает её двойник.
Еще более мощная форма избыточности - разнообразие конструкции. В компьютерных
аппаратных средствах это означает использование нескольких компьютеров с
различной конструкцией, все работающие параллельно. Сейчас избыточность может
корректировать не только отказы в отдельно взятой единице аппаратных средств, но
и ошибки её конструкции.
Многое сделано над проблемой написания больших программ, свободных от ошибок;
многие люди считают, что подобные программы невозможно разработать и отладить.
Но исследователи в УКЛА Компьютер Сайенс Департмент показали, что разнообразие
конструкции можно также использовать в программном обеспечении: несколько
программистов могут работать над той же самой проблемой независимо, тогда все их
программы можно запускать параллельно и выбирать ответ голосованием. Это
умножает затраты на написание и работу программ, но это делает получающиеся в
результате системы программного обеспечения устойчивыми к ошибкам, которые
появляются в некоторых из их частей.
Мы можем использовать избыточность для того чтобы контролировать репликаторы.
Также как машины ремонта, которые сравнивают множество нитей ДНК будут способны
скорректировать мутации в генах клетки, также репликаторы, которые сравнивают
множество копий своих инструкций (или которые используют другие эффективные
системы исправления ошибок) будут способны сопротивляться мутациям в этих
"генах". Избыточность может снова принести экспоненциальный рост безопасности.
Мы можем строить системы, которые крайне надежны, но это повлечет издержки.
Избыточность делает системы более тяжелыми, громоздкими, более дорогими и менее
эффективными. Нанотехнология, однако, сразу сделает большую часть вещей намного
более легкими, дешевыми и более эффективными. Это сделает избыточность и
надежность более практичными.
Сегодня, мы редко хотим платить за самую безопасную из возможных систем; мы
терпим с большей или меньшей охотой отказы и редко рассматриваем реальные
пределы надежности. Это создает предвзятые суждения о том, что мы можем достичь.
Психологический фактор также искажает наше чувство, насколько надежными можно
сделать вещи: отказы застревают у нас в уме, но каждодневный успех привлекает
мало внимания. СМИ усиливает эту тенденцию, сообщая о самых драматических
отказах со всего мира, при этом игнорируя бесконечные и скучные удачи. Ещё хуже,
что компоненты избыточных систем могут отказывать видимым образом, вызывая
тревогу: представьте, как СМИ сообщили бы о порвавшемся канате моста, даже если
бы мост был бы супербезопасной пятнадцатиканатной моделью, описанной выше. И
поскольку каждый дополнительный избыточный компонент добавляет шанс отказа
системы, надежность системы может казаться хуже, даже когда она почти
совершенна.
Если отложить в сторону то, что кажется, избыточные системы сделанные из
избыточных, безупречных компонентов могут часто быть сделаны почти идеально
надежными. Избыточные системы, широко распределенные в пространстве, выдержат
даже пули и бомбы.
Но что можно сказать об ошибках конструкции? Наличие десятка избыточных частей
не даст никакой пользы, если они делят общую критическую ошибку в конструкции.
Разнообразие конструкции - один ответ; хорошее тестирование - другой. Мы можем
надежно разрабатывать хорошие конструкции, не будучи хорошими конструкторами:
нам только нужно уметь хорошо тестировать, исправлять ошибки и быть терпеливыми.
Природа разработала работающие молекулярные машины целиком через безголовую
починку и тестирование. Имея разум, мы можем делать не хуже или даже лучше.
Мы найдем как разработать надежные технические средства, если мы сможем
разработать надежные автоматические системы разработки. Но это ставит более
широкий вопрос о разработке систем искусственного интеллекта, которым можно
доверять. У нас будет мало проблем в создании систем ИИ с надежной аппаратной
базой, но как насчет их программных средств?
Подобно сегодняшним системам ИИ и человеческому разуму, продвинутые системы ИИ
будут синергетическими комбинациями большого количества простых частей. Каждая
деталь будет более специализирована и менее интеллектуальна, чем система в
целом. Некоторые компоненты будут искать структуры в картинках, звуках и иных
данных, и подсказывать, что они могут обозначать. Другие компоненты будут
сравнивать и оценивать подсказки этих частей. Также как распознаватель структур
в человеческой зрительной системе страдает от ошибок и зрительных иллюзий, также
страдают и распознаватели в системах ИИ. (действительно, некоторые продвинутые
системы машинного зрения уже страдают от знакомых зрительных иллюзий.) И также
как другие составляющие части человеческого разума могут часто идентифицировать
и компенсировать иллюзии, также будут способны и другие компоненты систем ИИ.
Как в человеческом разуме, интеллект будет включать составляющие, которые будут
производить приблизительные догадки, а другие составляющие будут откидывать
наиболее плохие догадки до того, как они привлекут слишком много внимания или
повлияют на важные решения. Умственные компоненты, которые отвергают идеи
действия по этическим основаниям, соответствуют тому, что мы называем совестью.
Системы ИИ со многими частями будут иметь место для избыточности и разнообразия
конструкции, делая надежность возможной.
Настоящая гибкая система ИИ должна развивать идеи. Чтобы это делать, она должна
находить или формировать гипотезы, генерировать варианты, тестировать их, и
далее модифицировать или отбрасывать такие, которые она находит неадекватными.
Исключение некоторых из этих способностей сделало бы её глупой, упрямой или
невменяемой ("Тупая машина не может думать и не будет учиться на своих ошибках -
выброси ее!"). Чтобы избежать ловушки начальных заблуждений, ей придется
рассматривать противоречивые взгляды, наблюдая, насколько хорошо каждый
объясняет данные, и наблюдая, может ли один взгляд объяснить другой.
Научное сообщество проходит через подобный процесс. В статье с названием
"Метафора научного сообщества", Вильям А. Корнфельд и Карл Хьювитт из
лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института
высказывают мысль, что исследователи ИИ моделируют модели своих программ ещё
более близко к развившейся структуре научного сообщества. Они указывают на
плюрализм науки, на её разнообразие конкурирующих создателей теорий, сторонников
и критиков. Без создателей теорий, идеи не могут появиться; без сторонников, она
не может расти; а без критиков, которые пропалывают их, плохие идеи могут
вытеснить хорошие. Это остается верным для науки, технологии, в системах ИИ, а
также между частями наших умов.
Наличие мира, полного разнообразия и изобилующего авторами теорий, сторонниками
и критиками - это то, что делает продвижение науки и технологии вперед надежным.
Если будет больше авторов теорий, будет больше хороших теорий; если будет больше
критиков - плохие теории будут более уязвимыми. Лучшие и более многочисленные
идеи будут результатом. Подобная форма избыточности может помочь системам ИИ
разрабатывать достоверные идеи.
Люди иногда направляют свои действия стандартами истины и этики, и нам нужно
быть в состоянии разработать системы ИИ, чтобы они делали то же самое, но более
надежно. Способные думать в миллионы раз быстрее, чем мы, они будут иметь больше
времени для дополнительных размышлений. Похоже, что системы ИИ можно сделать
такими, чтобы им можно было доверять, по крайней мере, по человеческим
стандартам.
Я часто сравнивал системы ИИ с отдельными человеческими умами, но подобие не
обязательно должно быть близким. Система, которая способна подражать человеку,
возможно должна быть подобна человеку, но система автоматической разработки вероятно не обязательно. Одно предложение (называемое системой Агора, в честь
греческого слова, обозначающего встречу и рыночную площадь) состояло бы в том,
чтобы много независимых кусочков программ, которые взаимодействуют, предлагая
друг другу услуги в обмен на деньги. Большинство кусочков было бы простоватыми
узколобыми специалистами, некоторые способные подсказывать изменение
конструкции, а другие - анализировать его. Во многом так же, как земная экология
разработала экстраординарные организмы, также эта компьютерная экономика могла
бы разрабатывать экстраординарные конструкции - и, возможно, сравнительно
безмозглым способом. Что более важно, поскольку система была бы распределена по
многим машинам и имела бы составляющие написанные многими людьми, она могла бы
быть разнообразной, устойчивой и затрудненной для любой группы, чтобы захватить
и использовать её во вред.
В конце концов, так или иначе, системы автоматической разработки будут способны
разрабатывать вещи более надежно, чем любая группа людей-инженеров может
сегодня. Наша задача будет в том, чтобы сконструировать их правильно. Нам нужны
человеческие институты, которые надежно разрабатывают надежные системы.
Человеческие институты - это развившиеся искусственные системы, и они могут
часто решать проблемы, которые не могут отдельные члены. Это делает их чем-то
вроде "искусственных интеллектуальных систем". Корпорации, армии, и
исследовательские лаборатории - это все примеры, также как свободные структуры
рынка или научного сообщества. Даже правительства могут рассматриваться как
системы искусственного интеллекта - большие, медлительные, одурманенные, однако
сверхчеловеческие в своих реальных способностях. И что есть конституциональный
контроль и баланс, как не попытка увеличить надежность правительства через
институциональное разнообразие и избыточность? Когда мы строим интеллектуальные
машины, мы будем использовать их для того чтобы проверять и создавать баланс
одной над другой.
Применяя эти разумные принципы, мы можем быть в состоянии разработать надежные
ориентированные институты, имеющие сильный контроль ошибок и балансы. Мы можем
использовать их, чтобы руководить разработкой систем, которые нам понадобятся
для того чтобы управляться с будущими прорывами.
Тактика ассемблерной революции
Некоторая сила в мире (заслуживающая доверия или нет) возьмет первенство в
разработке ассемблеров; назовем её "ведущей силой". Из-за стратегической
важности ассемблеров, ведущая сила предположительно будет некоторой организацией
или институтом, который эффективно контролируется каким-то правительством или
группой правительств. Чтобы упросить вопрос, предположим на минуту, что мы
(хорошие ребята, пытающиеся быть мудрыми) можем определить способ поведения для
ведущей силы. Для граждан демократических государств это - кажется хорошей
позицией.
Что нам следует делать для того чтобы улучшить наши шансы достижения такого
будущего, в котором стоит жить? Что мы можем сделать?
Начнем с того, чего не должно случиться: мы должны не позволить отдельному
воспроизводящемуся ассемблеру неправильного типа выйти на свободу в
неподготовленный мир. Эффективные приготовления кажутся возможными (как я это
опишу ниже), однако, по-видимому, они должны быть основаны на построенных
ассемблерами системах, которые могут быть построены только после того, как
опасные репликаторы уже могут быть построены. Разработка с опережением может
помочь ведущей силе подготовиться, однако даже энергичные предусмотрительные
действия кажутся неадекватными, чтобы предотвратить опасность. Аргумент простой:
опасные репликаторы будет намного проще разработать, чем системы, которые могут
помешать им, также как бактерия намного проще иммунной системы. Нам будет нужна
тактика для сдерживания нанотехнологии, пока мы не научимся её приручать.
Одна очевидная тактика - изоляция: ведущая сила будет способна содержать
репликаторные системы за многочисленными стенами или в космических лабораториях.
Простые репликаторы не будут иметь интеллекта, и они не будут разрабатываться,
чтобы убежать и пойти буйствовать. Сдерживание их не кажется слишком сложной
задачей.
Но лучше, чтобы мы могли разработать репликаторы, которые не могут убежать и
начать буйствовать. Мы можем построить их со счетчиками (такими как в клетках),
которые ограничивают их до фиксированного числа копий. Мы можем строить их так,
чтобы они нуждались в особом синтетическом "витамине", или в очень специфической
среде, которую можно обеспечить только в лаборатории. Хотя репликаторы можно
было бы делать более стойкими и более прожорливыми, чем любые современные
насекомые, мы также можем сделать их полезными, но безопасными. Поскольку мы
будем разрабатывать их с нуля, репликаторы не обязательно должны иметь
элементарные способности к выживанию, которые эволюция встроила в живые клетки.
Далее, им не обязательно быть способными эволюционировать. Мы можем дать
репликаторам избыточные копии их "генетических" инструкций, вместе с механизмами
ремонта, чтобы исправлять любые мутации. Мы можем разработать их так, чтобы они
переставали работать задолго до того, как накопится достаточно повреждений,
чтобы сделать продолжительную мутацию значимой. Наконец, мы можем разработать их
так, чтобы эволюция не происходила, даже если мутации могли бы случаться.
Эксперименты показывают, что большинство компьютерных программ (иных, чем
специально разработанные программы ИИ, такие как EVRISKO доктора Лената) редко
отвечают на мутации при небольшом изменении; вместо этого они просто перестают
работать. Поскольку они не могут разнообразиться полезными способами, они не
могут эволюционировать. Если они не разработаны специально для этого,
репликаторы, направляемые нанокомпьютерами, будут разделять этот недостаток.
Современные организмы достаточно хорошо способны эволюционировать отчасти
потому, что они произошли от предшественников, которые эволюционировали. Они
научились эволюционировать в процессе эволюции; это - одна из причин сложностей
полового воспроизводства и перемешивания сегментов хромосом во время
производства клеток спермы и яйцеклеток. Мы можем просто отказаться дать
репликаторам подобные способности.
Для ведущей силы будет легко сделать воспроизводящиеся ассемблеры полезными,
безопасными, и устойчивыми. Оберегать ассемблеры от того, чтобы их украли и
использовали во вред – это другая и более серьезная проблема, потому что это
будет игра с разумными противниками. Как одна из тактик, мы можем снизить
побудительный мотив украсть ассемблеры, делая их доступными в безопасных формах.
Это также снизит желание других групп разрабатывать ассемблеры независимо. За
ведущей силой, в конце концов, последуют силы, следующие за ней.
Ограниченные ассемблеры
В главе 4 я описал, как система ассемблеров в чане могла бы построить
великолепный ракетный двигатель. Также я отметил, что мы будем способны сделать
системы ассемблеров, которые действуют подобно семенам, поглощая солнечный свет
и обычные материалы и вырастая почти во всё что угодно. Такие специализированные
системы не будут реплицировать себя, или будут это делать только ограниченное
число раз. Они будут делать только то, что они были запрограммированы делать, и
когда им говорят это сделать. Любой, у кого нет специальных инструментов,
построенных ассемблерами, был бы неспособен перепрограммировать их, чтобы они
служили иным целям.
Используя ограниченные ассемблеры этого типа, люди будут способны сделать всё
что они хотят и сколько хотят, но в пределах ограничений, встроенных в эти
машины. Если никакие из них не будут запрограммированы для того чтобы делать
ядерное оружие, никакие и не будут; если никакие из них не будут
запрограммированы для того чтобы делать опасные репликаторы, никакие и не будут.
Если некоторые из них запрограммированы, чтобы делать дома, машины, компьютеры,
зубные щетки и что угодно еще, то эти продукты станут дешевыми и изобильными.
Машины, построенные ограниченными ассемблерами, дадут нам возможность открыть
космос, вылечить биосферу и восстановить человеческие клетки. Ограниченные
ассемблеры смогут принести почти неограниченное богатство людям в мире.
Эта тактика уменьшит требования чтобы делать неограниченные ассемблеры
доступными немедленно. Но ограниченные ассемблеры будут все ещё необеспечивать
многие легитимные потребности. Ученым будут нужны свободно программируемые
ассемблеры для того чтобы проводить исследования; инженерам будут они нужны для
того чтобы тестировать конструкции. Такие потребности будут обслуживаться
запечатанными ассемблерными лабораториями.
Запечатанные ассемблерные лаборатории
Представьте компьютерное устройство размером с ваш большой палец, с современным
разъемом на его нижней части. Его поверхность выглядит как обычный серый
пластик, с пропечатанным серийным номером, однако эта запечатанная ассемблерная
лаборатория - построенный ассемблерами объект, который содержит много чего.
Внутри, прямо над разъемом, находится большой наноэлектронный компьютер, на
котором работает продвинутое программное обеспечение для молекулярного
моделирования (основанное на программах, разработанных во время разработки
ассемблеров). С этой ассемблерной лабораторией, присоединенной и включенной, ваш
построенный с помощью ассемблеров домашний компьютер показывает трехмерную
картинку чего угодно, что лабораторный компьютер моделирует, представляя атомы
как цветные сферы. С помощью джойстика вы можете направлять смоделированные
ассемблерные манипуляторы на построение вещей. Программы могут двигать
манипуляторы быстрее, строя тщательно проработанные структуры на экране в
мгновение ока. Такое моделирование всегда работает идеально потому, что
нанокомпьютер жульничает: когда как вы заставляете смоделированный манипулятор
передвигать смоделированные молекулы, компьютер направляет реальный манипулятор
передвигать реальные молекулы. Далее он проверяет результаты везде, где
необходимо проверить его вычисления.
Кончик этого объекта размером с большой палец содержит сферу, построенную из
многих концентрических слоев. Отличные провода подводят энергию и сигналы через
слои; они позволяют нанокомпьютеру внизу сообщаться с устройствами в центре
сфер. Самый дальний от центра слой состоит из сенсоров. Любая попытка удалить
или проколоть его передает сигнал слою, близкому к сердцевине. Следующий уровень
- толстая сферическая раковина из предварительно подвергнутого высокому давлению
цельного алмаза, у которого внешние слои растянуты, а внутренние - сжаты. Это
окружает слой теплового изолятора, который в свою очередь окружает сферическую
оболочку размером с зернышко перца, сделанную из микроскопических, тщательно
упорядоченных блоков металла и окислителя. Они сшиты электрическими
воспламенителями. Заряд разрушения металла и окислителя далее сжигает за долю
секунды, производят газ из металлического оксида, плотнее воды и почти такой же
горячий как поверхность Солнца. Но пламя крошечное; оно стремительно остывает, и
алмазная сфера сдерживает его огромное давление.
Этот разрушительный заряд окружает более маленькую цельную оболочку, которая
окружает ещё один слой сенсоров, который также вызывает разрушительный заряд.
Такие сенсоры окружают полость, которая содержит саму запечатанную ассемблерную
лабораторию.
Эти тщательно сделанные предосторожности оправдывают термин "запечатанная". Ктолибо извне не может открыть пространство лаборатории, не разрушив её содержимое,
и никакой ассемблер или построенные ассемблерами структуры не могут выйти из
нее. Система разработана, чтобы выпускать информацию, но не опасные репликаторы
и опасные инструменты. Каждый слой сенсоров состоит из многих избыточных слоев
сенсоров, каждый предназначен для определения любого возможного проникновения, и
каждый компенсирует возможные дефекты в других. Проникновение, включая заряд
уничтожения, поднимает температуру в лаборатории выше точки плавления любого
возможного вещества и делает выживание любых опасных устройств невозможным.
Такие защитные механизмы объединяются воедино против чего-то около одной
миллионной их размера - то есть, чтобы не помещалось в лаборатории, что
обеспечивает сферическое рабочее пространство не шире человеческого волоса.
Хотя по обычным стандартам маленькое, это рабочее пространство содержит
достаточно места для миллионов ассемблеров и тысяч триллионов атомов. Такие
запечатанные лаборатории позволят людям строить и тестировать устройства, даже
прожорливые репликаторы в полной безопасности. Дети будут использовать атомы
внутри их как конструкторы почти с неограниченным количеством деталей. Любители
будут обмениваться программами, чтобы строить различные устройства. Инженеры
будут строить и тестировать новые нанотехнологии. Химики, материаловеды и
биологи будут строить аппараты и проводить эксперименты. В лабораториях,
построенных вокруг биологических экземпляров, биомедицинские инженеры будут
разрабатывать и тестировать ранние машины ремонта клеток.
В ходе этой работы люди естественно будут разрабатывать полезные конструкции,
будь то для компьютерных схем, прочных материалов, медицинских устройств или
чего-то угодно еще. После того как публика поймет их безопасность, эти вещи
могут стать доступными вне запечатанных лабораторий с помощью программирования
ограниченных ассемблеров на их производство. Запечатанные лаборатории и
ограниченные ассемблеры образуют взаимодополняющую пару: первые позволят нам
свободно изобретать; вторые дадут нам возможность наслаждаться плодами нашего
изобретения в безопасности. Возможность сделать паузу между разработкой и
выходом поможет нам избежать смертоносных сюрпризов.
Запечатанные ассемблерные лаборатории дадут возможность целым обществам
применять свои творческие способности для решения проблем нанотехнологии. И это
ускорит наши приготовления ко времени, когда независимые силы узнают, как
строить что-то опасное.
Сокрытие информации
В другом случае, для того чтобы выиграть время, ведущая сила может попытаться
сжечь мосты, которые она построила от балк-технологии к молекулярной. Это
означает уничтожить записи о том, как первые ассемблеры были сделаны (или
сделать их абсолютно недоступными). Ведущая сила может быть способна разработать
первые, грубые ассемблеры таким образом, что никто не знает детали большего, чем
маленькая часть целой системы. Представьте, что мы разрабатываем ассемблеры тем
путем, как описано в главе 1. Белковые машины, которые мы используем для
построения первых грубых ассемблеров, затем быстро станут устаревшими. Если мы
уничтожим записи о конструкции белков, это затруднит усилия их скопировать,
однако не предотвратит дальнейший прогресс нанотехнологии.
Если запечатанные лаборатории и ограниченные ассемблеры широкодоступны, у людей
будет мало научной или экономической мотивации повторно разрабатывать
нанотехнологию независимо, и сжигание мостов от балк-технологии сделает
независимую разработку более сложной. Однако это может быть не более чем тактика
задержки. Она не остановит независимую разработку; человеческое стремление к
власти будет подталкивать усилия, которые, в конце концов, приведут к успеху.
Только детальная всеобщая слежка в тоталитарных масштабах могла бы остановить
независимую разработку на неограниченное время. Если подобная слежка проводилась
бы чем-то вроде современного правительства, это было бы лечение, примерно такое
же опасное как сама болезнь. И даже тогда, сохраняли бы люди идеальную
бдительность навсегда?
По-видимому, мы должны, в конце концов, научиться жить в мире с репликаторами,
которым нельзя доверять. Один тип тактики заключался бы в том, чтобы скрыть за
стеной или далеко убежать. Но это - хрупкие методы: опасные репликаторы могли бы
слопать стену или пересечь пространство и принести невообразимые несчастья. И
хотя стены могут защитить от маленьких репликаторов, никакая неподвижная стена
не гарантирует против крупномасштабного организованного злого умысла. Нам
потребуется более надежный, гибкий подход.
Активные щиты
Представляется, мы можем построить наномашины, которые действуют примерно так,
как белые клетки крови человеческой иммунной системы: устройства, которые могут
бороться не только с бактериями и вирусами, но с опасными репликаторами всех
сортов. Назовем автоматическую защиту этого рода активным щитом - чтобы отличить
от неподвижной стены.
В отличие от обычных технических систем, надежные активные щиты должны делать
больше, чем просто взаимодействовать с природой и неуклюжими пользователями. Они
должны также уметь управляться с намного более существенной задачей - с целым
рядом угроз, которые разумные силы могут сконструировать и построить при более
благоприятных обстоятельствах. Построение и улучшение прототипа щитов будет
сродни проведению обеими сторонами гонки вооружений в лабораторном масштабе. Но
цель здесь будет поиск минимальных требований для надежной защиты.
В главе 5 я описал, как доктор Ленат и его программа EVRISKO разработали
успешные виды флота, чтобы сражаться по правилам игры-симулятора морской битвы.
Аналогичным образом мы можем превратить в игру смертельно серьезные усилия по
разработке надежных щитов, используя запечатанные ассемблерные лаборатории
различных размеров как игровые поля. Мы можем пригласить множество инженеров,
компьютерных хакеров, биологов, любителей и систем автоматического инжиниринга,
стравливать свои системы друг против друга в играх, ограниченных только
начальными условиями, законами природы и стенами запечатанных лабораторий. Такие
конкуренты будут разрабатывать угрозы и щиты в серии микро-сражений с открытым
концом. Когда размножающиеся ассемблеры принесут изобилие, люди будут иметь
достаточно времени для такой важной игры. В конце концов, мы можем тестировать
многообещающие системы щитов в космосе в средах, подобных земным. Успех сделает
возможным систему, способную защитить человеческую жизнь и земную биосферу от
самого худшего, что могут сделать целые толпы свободных репликаторов.
Возможен ли успех?
С нашими сегодняшними неопределенностями мы не можем пока с какой-либо точностью
описать ни угрозы, ни тем более щиты. Значит ли это, что мы не можем иметь
уверенности, что эффективные щиты возможны? Очевидно, мы можем; в конце концов,
есть разница между знанием, что что-то возможно и знанием как это сделать. А в
этом случае мир содержит примеры аналогичного успеха.
Нет ничего фундаментально нового в защите против вторгшихся репликаторов; жизнь
это делает на протяжении веков. Размножающиеся ассемблеры, хотя и необычно
мощные, будут физическими системами не отличающимися принципиально от тех, что
нам уже известны. Опыт подсказывает, что их можно контролировать.
Вирусы - молекулярные машины, которые вторгаются в клетки; клетки используют
молекулярные машины (такие как ограничительные ферменты и антитела), чтобы
против них защищаться. Бактерии - это клетки, которые вторгаются в организмы;
организмы используют клетки (такие как белые кровяные тельца), чтобы против них
защищаться. Аналогично общества используют полицию, чтобы защищаться против
криминальных элементов и армии, чтобы защищаться против захватчиков. На нефизическом уровне всё также - умы используют мимические системы, такие как
научный метод, чтобы защищаться против абсурда, а общества используют институты,
такие как суды, чтобы защищаться против власти некоторых институтов.
Биологические примеры в предыдущем абзаце показывают, как даже после гонки
вооружений в течение миллиарда лет молекулярные машины оказались способны
поддерживать защиту против молекулярных репликаторов. Неудачи также широко
распространены, но успехи всё же показывают, что защита возможна. Такие успехи
подсказывают, что мы можем действительно использовать наномашины для того чтобы
защищать себя против наномашин. Хотя ассемблеры принесут с собой успехи во
многих областях, нет причин, почему они должны навсегда опрокинуть баланс в
защите.
Примеры, приведенные выше - вторгающиеся вирусы, вторгающиеся институты достаточно разнообразны для того чтобы подсказывать, что успешная защита
базируется на общих принципах. Кто-то может спросить: почему все эти защиты
оказываются успешны? Но перевернем вопрос: почему они должны не иметь успеха?
Каждый конфликт сталкивает аналогичные системы друг с другом, не давая атакующей
никакого очевидного преимущества. Более того, в каждом конфликте атакующий
сталкивается с защитой, которая уже установилась и проверена временем.
Защищающийся сражается на собственной территории, дающей ему преимущества, такие
как подготовленные позиции, детальное знание местности, заготовленные ресурсы, и
многочисленные союзники - когда иммунная система распознает микроб, она может
мобилизовать ресурсы всего организма. Все эти преимущества являются общими и
фундаментальными, и имеют мало общего с деталями технологии. Мы можем придать
нашим активным щитам те же преимущества перед опасными репликаторами. И им не
обязательно сидеть сложа руки, когда опасные виды оружия накапливаются - ничуть
не больше, чем иммунная система сидит сложа руки, когда размножаются бактерии.
Было бы сложно предсказать исход гонки вооружений между силами, вооруженными
самовоспроизводящимися ассемблерами. Но до того, как эта ситуация может
возникнуть, кажется вероятным что ведущая сила приобретет временное, но
принципиальное военное преимущество. Если исход гонки вооружений - под
сомнением, то ведущая сила, вероятно, использует свою силу, чтобы гарантировать,
что никаким противникам не будет позволено её догнать. Если она это сделает, то
активные щиты не будут должны противостоять атакам, обеспечиваемым ресурсами
половины континента или половины солнечной системы; вместо этого они будут
походить на силы полиции или иммунную систему, встречающие атаки, которые могут
быть собраны в пределах защищаемой территории в тайне.
В каждом случае успешной обороны, которые я упомянул выше, атакующие и щиты
развивались, во многом, по схожим процессам. Иммунная система, сформированная
генетической эволюцией, встречает угрозы, также сформированные генетической
эволюцией. Армии, сформированные человеческими умами, также встречают
аналогичные угрозы. Подобным образом и активные щиты, и опасные репликаторы
будут сформированы эволюцией мимов. Но если ведущая сила может разработать
системы автоматического инжиниринга, которые будут работать в миллионы раз
быстрее людей-инженеров, и если она может использовать их в течение всего одного
года, то она сможет построить активные щиты, основанные на усилиях,
эквивалентных миллионам лет технического прогресса. С такими системами мы можем
быть способны исследовать пределы возможного достаточно хорошо для того чтобы
построить щит против всех физически возможных угроз.
Даже если мы не знаем детали угроз и щитов, кажется разумным считать, что такие
щиты возможны. И примеры мимов, контролирующих мимы, или институтов,
контролирующих институты, также подсказывают, что системы ИИ могут
контролировать системы ИИ.
В построении активных щитов, мы будем способны использовать мощь репликаторов и
систем ИИ для того чтобы умножать традиционные преимущества защищающейся силы:
мы можем дать ей решающее преимущество благодаря изобилию построенных
репликаторами технических средств основанных на эквиваленте миллионолетнего
преимущества в технологии. Мы можем строить активные щиты, имеющие силу и
надежность, которая посрамит системы прошлого.
Нанотехнология и искусственный интеллект могли бы привести к построению
инструментов тотального разрушения, но эти технологии не являются
разрушительными по своей сути. Мы можем их использовать с осторожностью, чтобы
построить инструменты тотального мира.
Глава 12. СТРАТЕГИИ И
ВЫЖИВАНИЕ
Тот, кто не применяет новых видов лечения, должен ожидать новых видов зла; время
- величайший инноватор.
ФРЭНСИС БЭКОН
В ПРЕДЫДУЩИХ ГЛАВАХ я придерживался твёрдой почвы научных и технологических
прогнозов. Здесь, однако, я должен пойти дальше в область политики и
человеческих действий. Эта почва более неустойчивая, но технологические факты и
эволюционные принципы всё же обеспечивают островки устойчивости, на которые
можно опираться, исследуя эту территорию.
Гонка технологий, подгоняемая давлением эволюции, несет нас к беспрецедентным
опасностям; поэтому нам нужно найти стратегии, чтобы как-то иметь с ними дело.
Поскольку мы видим впереди такую огромную опасность, имеет смысл делать
остановки в нашем стремительном движении вперед. Но как мы это можем сделать?
Сдерживание себя
Как отдельные люди, мы могли бы воздерживаться от исследований, которые ведут по
направлению к опасным возможностям. Действительно, большинство людей будет
воздерживаться, поскольку большая часть из них - не исследователи, по крайней
мере, в первую очередь. Но эта стратегия не остановит прогресс: в нашем
разнообразном мире, другие будут двигать дело вперед.
Локальное подавление
Стратегия личного сдерживания (по крайней мере, в этом вопросе) отдает простым
бездействием. Но как насчет стратегии локального политического действия,
лоббирования законов, запрещающих определенные виды исследования? Это было бы
личное действие, направленное на оказание давления на коллективное бездействие.
Хотя оно могло бы преуспеть в подавлении исследования в городе, районе, стране
или даже союзе стран, эта стратегия не поможет нам получить лидерство. Вместо
этого она бы позволила какой-то силе вне нашего контроля получить это лидерство.
Популярное движение этого сорта может остановить исследование только там, где
люди имеют власть, и этот величайший возможный успех просто открыл бы дорогу к
лидирующей силе более репрессивным государствам.
Там, где дело качается ядерного оружия, можно доказывать ценность
многостороннего разоружения и ненасильственного (или, по крайней мере,
безъядерного) сопротивления. Ядерные вооружения можно использовать для того
чтобы снести сооружения военного назначения и навести ужас, но они не могут
использоваться для того чтобы оккупировать территорию и править людьми – по
крайней мере не могут прямо. Ядерные вооружения не смогли бы подавить
партизанскую войну и социальные беспорядки, и поэтому стратегии разоружения и
сопротивления имеют определенную долю смысла.
Многостороннее подавление нанотехнологии и ИИ, в отличие от этого, равнялось бы
многостороннему разоружению в ситуации, где сопротивление не может работать.
Агрессивное государство могло бы использовать эти технологии для того чтобы
захватывать и властвовать (или истреблять) и нацию Ганди, и вооруженных и
преданных борцов за свободу.
Это заслуживает внимания. Без некоторых новых путей реформирования деспотических
государств в мире, простые движения за подавление исследований не могут иметь
полного успеха. Без полного успеха, большой успех означал бы несчастья для
демократий. Даже если они бы они ни к чему не привели, усилия этого сорта могли
бы занять работу и страсть активистов, расточающих редкие человеческие ресурсы
на бесплодную стратегию. Более того, усилия по подавлению настроили бы враждебно
имеющих отношение к делу исследователей, вызывая столкновения между
потенциальными союзниками и растрачивая ещё больше человеческих ресурсов. Всё
это заставляет избегать этой стратегии.
Тем не менее, подавление имеет привлекательность, которую невозможно отрицать.
Оно простое и прямое; "Впереди опасность? Давайте её остановим!" Затем успехи в
усилиях по локальному лоббированию обещают краткосрочное вознаграждение:
"Впереди опасность? Мы можем её остановить здесь и сейчас, для начала!" Такое
начало оказалось бы фальстартом, но никто этого бы не заметил. Кажется
вероятным, что идея простого подавления совратит многие умы. В конце концов,
локальное подавление локальной опасности имеет долгую успешную традицию;
например, если остановить тех, кто загрязняет окружающую среду в конкретно
взятом месте, то это сократит локальное загрязнение. Усилия по локальному
подавлению глобальных опасностей кажутся аналогичными, однако могут быть иные
последствия. Нам будут нужны локальные организации и политическое давление, но
они должны быть построены вокруг работоспособной стратегии.
Соглашения глобального подавления
При более многообещающем подходе мы могли бы применить локальное давление для
переговоров о поддающемся проверке запрету на международном уровне. Аналогичная
стратегия могла бы контролировать ядерные вооружения. Остановка нанотехнологии и
искусственного интеллекта поставило бы проблемы другого порядка, по крайней
мере, по двум причинам.
Во-первых, эти технологии менее хорошо определены, нежели ядерные вооружения:
поскольку данная ядерная технология требует определенные изотопы редких
металлов, она имеет чётко определенное отличие от иных видов деятельности. Она
может быть определена и (в принципе) запрещена. Но современная биохимия ведет
малыми шажками к нанотехнологии, а современная компьютерная технология ведет
малыми шажками к ИИ. Нет никакой определенной линии, которая определяет
естественный щлагбаум, где нужно остановиться. И поскольку каждое маленькое
продвижение будет приносить медицинские, военные и экономические выгоды, как
можем мы проводить переговоры по поводу мирового соглашения о том, где
остановиться?
Во-вторых, эти технологии более могущественные, чем ядерное оружие: поскольку
реакторы и системы вооружения достаточно большие, инспекция могла бы ограничить
размеры секретных сил и таким образом ограничить их мощность. Но опасные
репликаторы будут микроскопическими, а программы ИИ - нематериальными. Как может
кто-то быть уверен, что какая-то лаборатория где-то не находится на краю
стратегического прорыва? В долгосрочной перспективе, как может кто-то быть даже
уверен, что какой-то хакер в подвале не находится на краю стратегического
прорыва? Обычные методы проверки не будут работать, а это делает переговоры и
давление по поводу международного запрета просто невозможными.
Правильные международные соглашения будут делать наш путь более безопасным, но
соглашения простого запрета, очевидно, работать не будут. И снова, локальное
давление должно быть частью работоспособной стратегии.
Глобальное подавление силой
Если мирные соглашения не будут работать, кто-то может рассмотреть использование
военной силы, чтобы подавить опасные успехи. Но из-за проблемы контроля, военное
давление само по себе было бы не достаточно. Подавление продвижения силой вместо
этого потребовало бы, чтобы одна сила победила и оккупировала враждебные силы,
кстати вооруженные ядерным оружием - вряд ли безопасная политика. Далее,
победившая сила сама стала бы - и главной технологической силой, и мощной
военной силой с демонстрирующейся готовностью её использовать. Можно ли в этом
случае доверять подобной силе подавление собственного прогресса? Даже если так,
можно ли ей доверять, что она сможет поддерживать бесконечную, вездесущую
бдительность по всему миру? Если нет, тогда угрозы, в конце концов, возникнут в
тайне, и в мире, где открытая работа над активными щитами предотвращена.
Вероятным результатом будет катастрофа.
Военная сила в демократических странах имеет большие выгоды, но военная сила
сама по себе не может разрешить нашу проблему. Мы не можем выиграть безопасность
с помощью стратегии завоевания и подавления исследований.
Эти стратегии остановки исследования - будь то через личное бездействие,
локальное бездействие, договорные соглашения или завоевание мира - всё это
выглядит обреченным на провал. Однако противодействие прогрессу будет играть
свою роль, потому что нам будет нужна выборочная, умно нацеленная задержка,
чтобы отсрочить угрозы до того, как мы к ним подготовимся. Давление со стороны
бдительных активистов будет важным, но для того чтобы помочь управлять
прогрессом, а для того чтобы остановить его.
Односторонний прогресс
Если попытки подавить исследования по ИИ и нанотехнологии кажутся бесполезными и
опасными, следовать ли политике односторонних как можно больших усилий? Но это
также представляет проблемы. Мы в демократиях, вероятно, не можем производить
стратегические прорывы в идеальной секретности. Слишком много людей было бы
вовлечено на протяжении слишком многих лет. Поскольку правительство СССР узнало
бы о наших усилиях, их реакция оказалась бы очевидной: озабоченность. Они,
несомненно, рассматривали бы большой прорыв с нашей стороны как большую угрозу.
Если нанотехнология была бы разработана как часть секретной военной программы,
их информационные аналитики опасались бы разработки тонкого, но решающего
оружия, возможно основанного на запрограммированных "микробах". В зависимости от
обстоятельств, наши оппоненты могли бы решить атаковать, пока они ещё могут.
Важно, чтобы демократии сохраняли лидерство в этих технологиях, но было бы
наиболее безопасно, если мы сможем как-то сочетать эту силу с совершенно не
угрожающей политикой.
Баланс сил
Если мы следуем любой из вышеназванных стратегий, мы неизбежно вызовем конфликт.
Попытки подавить нанотехнологию и ИИ столкнули бы потенциальную силу, которая
будет заниматься подавлением, с жизненными интересами исследователей,
корпораций, военных учреждений и медицинских пациентов. Попытки достичь
одностороннего прогресса в этих технологии столкнет кооперирующиеся демократии
против жизненно важных интересов наших оппонентов. Все стратегии будут вызывать
конфликт, но должны ли все стратегии серьезно раскалывать западные общества и
весь мир?
В поиске серединного пути, мы могли бы пытаться найти баланс сил, основанный на
балансе технологий. Это, по-видимому, расширило бы ситуацию, которая сохраняла
бы определенную меру мирного сосуществования на протяжении четырех десятилетий.
Но ключевое слово здесь - "по-видимому": грядущие прорывы будут слишком
стремительными и дестабилизирующими, чтобы старый баланс продолжал
существование. В прошлом страна могла испытывать технологическое отставание на
несколько лет и всё же поддерживать приблизительный военный баланс. Однако, со
стремительными репликаторами и продвинутым ИИ, задержка на единственный день
могла бы быть фатальной. Стабильный баланс значит слишком много, чтобы на него
полагаться.
Кооперативная разработка
В принципе существует способ гарантировать технологический баланс между
кооперирующимися демократиями и советским блоком: мы могли бы разрабатывать
технологии в кооперации, делясь инструментами и информацией. Хотя это имеет
очевидные проблемы, но по крайней мере, это несколько более практично, чем оно
может казаться на первый взгляд.
Возможно ли договориться о кооперации? Провалившиеся попытки заключить договоры
об эффективном контроле на вооружениями приходят на ум. Поэтому кооперация могла
бы казаться ещё более сложной и трудной для воплощения. Но действительно ли это
так? В контроле над вооружениями каждая сторона пытается предотвратить действия
другой; это укрепляет их враждебные отношения. Далее, это возбуждает конфликты
внутри каждого лагеря между группами, которые стоят за ограничение вооружений и
группами, которые существуют, чтобы производить вооружения. Хуже всего, что
переговоры вращаются вокруг слов и их значений, но каждая сторона имеет
собственный язык и мотив повернуть значения так, как ей нужно.
Кооперация, напротив, включает работу обеих сторон, над общей целью; это имеет
свойство стирать враждебную природу отношений. Далее, это может уменьшить
конфликты в пределах каждого лагеря, поскольку совместные усилия создавали бы
проекты, а не уничтожали бы их. Наконец, обе стороны обсуждают свои усилия на
общем языке - языке математики и диаграмм, используемом в науке и
конструировании. Также кооперация имеет чёткие видимые результаты. В середине
1970-х, США и СССР запустили совместный космический полет, и до тех пор, пока
политические трения не увеличились, они закладывали предварительные планы на
совместную космическую станцию. И это были не отдельные случаи, в космосе и на
земле; напротив, совместные проекты и технический обмен происходил на протяжении
многих лет. При всех её проблемах, технологическая кооперация доказала, по
крайней мере, что она не более эффективна, чем контроль над вооружениями – и
возможно даже более проста, учитывая огромные усилия, прикладываемые к
последнему.
Любопытно, что там, где затрагивается нанотехнология и ИИ, кооперация и
эффективный контроль над вооружениями имели бы базовое сходство. Проверка
соглашения по контролю над вооружениями потребовала бы постоянных и детальных
инспекций лабораторий с каждой стороны экспертами с другой стороны - отношения,
такие же близкие как при самой тесной вообразимой кооперации.
Но чего бы достигла кооперация? Она могла бы гарантировать баланс, но баланс не
гарантирует стабильности. Если два вооруженных человека встречают друг друга
лицом к лицу с готовым к бою оружием и большим страхом, их силы сбалансированы,
но тот, кто выстрелит первым, может убрать угрозу другого. Совместные усилия в
развитии технологии, если их тщательно не планировать и не контролировать, дали
бы каждой стороне грозное оружие, в то время как обеспечивали бы другой стороне
щит. Кто мог бы быть уверен, что ни одна сторона не найдет способ сделать
обезоруживающий удар безнаказанно?
Даже если это можно было бы гарантировать, как насчет проблемы других сил, а
также любителей и случайностей?
В предыдущей главе я описал решение этих проблем: разработка, тестирование и
создание активных щитов. Они предлагают новое средство для лечения старой
проблемы, и никто ещё не предложил ему возможной альтернативы. Пока кто-нибудь
не предложит, кажется мудрым рассмотреть, как их можно было бы построить, и
могли ли бы они создать возможную стратегию, которая способна работать.
Синтез стратегий
Личное сдерживание, локальные акции, выборочная задержка, международное
соглашение, односторонняя сила, и международная кооперация - все эти стратегии
могут помочь в наших усилиях по разработке активных щитов.
Рассмотрим нашу сегодняшнюю ситуацию. Демократические страны на протяжении
десятилетий были ведущими в мире в большинстве областей науки и технологии; мы
лидируем сегодня в компьютерных программах и биотехнологии. Вместе мы - ведущая
сила. Не видно причин, почему мы не можем поддерживать это лидерство и его
использовать.
Как обсуждалось в предыдущей главе, ведущая сила будет способна использовать
несколько тактик для управления ассемблерным прорывом. Они включают
использование запечатанных ассемблерных лабораторий и ограниченных ассемблеров,
и поддержание секретности относительно деталей и начальной разработки
ассемблеров. В то время, когда мы будем применять эти (и иные) виды стратегии,
мы можем работать, чтобы разработать активные щиты, способные дать нам
постоянную защиту против новых опасностей. Это определяет цель. Для того чтобы
её достичь, наилучшей кажется стратегия, состоящая из двух частей.
Первая часть включает деятельность внутри сотрудничающих демократий. Нам нужно
поддерживать лидерство, которое для нас достаточно, чтобы спокойно действовать с
осторожностью; если мы чувствуем, что можем проиграть гонку, мы вполне можем
удариться в панику. Продвижение с осторожностью означает разработку надежных
институтов для управления и начальными прорывами и разработкой активных щитов.
Те щиты, которые мы разрабатываем, в свою очередь должны разрабатываться так,
чтобы помочь нам обеспечить будущее, в котором стоит жить, будущее с
возможностью разнообразия.
Вторая часть этой стратегии включает стратегии по отношению к сегодняшним
враждебным державам. Здесь наша цель должна быть - сохранить инициативу, и в то
же время минимизировать угрозу, которую мы представляем. Технологический баланс
не будет работать, и мы не сможем себе позволить упустить наше лидерство. Это
оставляет силу и лидерство как наш единственный реальный выбор, делая не
угрожающую позицию вдвойне сложной, чтобы её достичь. Здесь снова нам нужны
стабильные, надежные институты: если мы можем дать им большую встроенную инерцию
относительно их целей, то возможно даже наши оппоненты будут иметь в них меру
уверенности.
Чтобы убедить наших оппонентов (и нас самих!), эти институты должны быть
настолько открытыми, насколько это возможно, в соответствии с их миссией. Мы
можем также суметь построить институты, которые предлагают сотрудничество с
Советским Союзом. Предлагая им участие, даже если они откажутся идти на условия,
которые мы предложим, мы могли бы предложить какие-то меры для подтверждения
наших намерений. Если Советский Союз решил был бы их принять, они бы получили
общественную ставку в нашем совместном успехе.
Все же, если демократии будут сильными, когда прорывы подойдут, и если мы будем
избегать угроз по отношению к контролю любых государств над своей собственной
территорией, то наши оппоненты предположительно не будут видеть никаких
преимуществ в атаке. Таким образом, мы, вероятно, можем обойтись без кооперации,
если необходимо.
Активные щиты против космических видов вооружений
Может быть полезным рассмотреть, как мы могли бы применить идею активных щитов к
более обычным областям. Традиционно, оборона требовала оружия, которое также
полезно для нападения. Это - одна причина, почему "оборона" стала значить
"способность вести войну", и почему усилия по "обороне" дают противникам причину
для опасений. Недавно предложенные виды обороны с космическим базированием
расширят эту структуру. Почти любые защитные системы, которые могут разрушать
атакующие ракеты, могли бы также разрушать оборону противника - или проводить
космическую блокаду, предотвращая построение противником различных видов обороны
первым. Подобные "виды обороны" попахивают нападением, также как они, повидимому, и должны, это их работа. Таким образом гонка вооружений собирает себя
для следующего опасного прыжка.
Должна ли оборона и нападение быть неразрывными? История заставляет думать, что
это так. Стены только задерживают захватчиков, когда их защищают воины, но воины
сами могут выйти, чтобы захватить другие земли. Когда мы представляем оружие, мы
естественно представляем человеческие руки, которые его нацеливают и
человеческую прихоть, решающую, когда стрелять - история учит нас бояться самого
худшего.
Однако сегодня, первый раз в истории, мы научились, как строить защитные
системы, которые принципиально отличаются от оружия как такового. Рассмотрим
пример базирования в космосе. Мы сейчас можем разработать множество устройств,
которые чувствуют (выглядит так, как будто множество самонаводящихся ракет
запущено только что), оценивать (выглядит так, как попытка удара первыми), и
действовать (выглядит как попытка разрушить эти ракеты!). Если система будет
стрелять только по большим скопищам летящих ракет, то она не может
использоваться для нападения или для космической блокады. Ещё лучше, если её
можно было бы сделать так, чтобы она была неспособна различать атакующие
стороны. Служа стратегическим интересам своих создателей, она не подчинялась бы
каждодневному командованию со стороны чьих бы то ни было генералов. Она бы
просто делала космос опасным окружением для ракет любой атакующей стороны. Также
как море или гряда гор в предыдущих войнах, она бы не угрожала ни одной из
сторон, в то время как обеспечивала бы каждую сторону некоторой защитой против
другой стороны.
Хотя она бы использовала военные технологии (сенсоры, отслеживающие устройства,
лазеры, наводящиеся снаряды и т.п.) оборона не была бы системой оружия. Поэтому
её роль была бы принципиально иной. Системам этого типа нужно было бы
отличительное имя: они, в действительности, род активного щита - термин, которые
может описать любую автоматическую или полуавтоматическую систему, разработанную
для защиты без угрозы. Защищая обе стороны, не угрожая ни одной, активные щиты
могли бы ослабить цикл гонки вооружений.
Технические, экономические и стратегические вопросы, поднимаемые активными
щитами сложны, и они могут быть, а могут не быть практически возможными и
целесообразными в предассемблерную эру. Если они практически возможны, то будет
несколько подходов к их построению. В одном подходе, сотрудничающие демократии
построили бы щиты в одностороннем порядке. Чтобы дать возможность другим нациям
удостовериться, что система будет и (что более важно) не будет делать, мы могли
бы позволить многосторонние инспекции ключевых конструкций, компонентов, и шагов
производства. Нам не нужно выдавать все участвующие технологии, почему "знаю
что" не то же самое, что "знаю как". В другом подходе, мы бы строили щиты
совместно, ограничивая передачу технологии до минимума, необходимого для
кооперации и верификации (используя принципы, обсуждаемые в Примечаниях).
У нас больше шансов запретить космические вооружения, чем нанотехнологию, и это
могло бы даже быть лучшим способом минимизировать наши краткосрочные риски. В
выборе долгосрочной стратегии контроля гонки вооружений, однако, мы должны
рассматривать больше, чем просто следующий шаг. Анализ, который я обрисовал в
этой главе, подсказывает, что традиционные подходы к контролю вооружений,
основанные на переговорах о проверяемых ограничениях, не могут справиться с
нанотехнологией. Если это так, то нам нужно разработать альтернативные подходы.
Активные щиты - что кажется существенным, в конченом счете могут предложить
новую стабилизирующую альтернативу гонке вооружений в космосе. Исследуя эту
альтернативу, мы можем исследовать основные вопросы, общие для всех активных
щитов. Если мы в этом случае их разработаем, мы получим опыт и построим
институциональные механизмы, которые могут позже оказаться существенными для
нашего выживания.
Активные щиты - новый выбор, основанный на новых технологиях. Чтобы заставить их
работать, потребуется творческий, междисциплинарный синтез идей в
проектировании, стратегии и международных отношениях. Они предложат новые
возможности, которые могут позволить нам избежать старых тупиков. Они, очевидно,
предложат ответ, но не простой ответ, на старый вопрос - вопрос защиты без
угрозы.
Власть, зло, некомпетентность и лень
Я обрисовал, как нанотехнология и продвинутый ИИ дадут огромную власть ведущей
силе - власть, которая может быть использована, чтобы уничтожить жизнь, или
чтобы расширить и освободить ее. Поскольку мы не можем остановить эти
технологии, представляется, что мы должны как-то справиться с возникновением
концентрации власти, большей, чем любая другая в истории.
Нам понадобится подходящая система институтов. Чтобы безопасно управлять
сложными технологиями, эта система должна иметь способы оценивать относящиеся к
делу факты. Чтобы управлять безопасно большой мощью, она должна включать
эффективные способы контроля и балансы, а её цели и методы должны сохраняться
открытыми для тщательного общественного контроля. Наконец, поскольку это поможет
нам заложить основы нового мира, лучше, чтобы оно направлялось нашими общими
интересами, в рамках надежных принципов.
Мы не начинаем с нуля; мы будем строить на основе тех институтов, которые у нас
есть. Они различны. Не все из наших институтов - государственные чиновники в
массивных серых зданиях; они включают такие расплывчатые и живые образования,
как свободная пресса, исследовательское сообщество и сеть активистов. Такие
децентрализованные институты помогают нам контролировать серые бюрократические
машины.
Отчасти мы встречаемся с новой версией древней и общей проблемы ограничения
злоупотребления властью. Это не представляет никакой значительной,
фундаментальной новизны, и принципы и институты либеральной демократии, которым
много сотен лет, подсказывают, как это может быть решено. Демократические
правительства уже имеют физическую власть для того чтобы взорвать континенты и
захватить, посадить в тюрьму и убить их жителей. Но мы можем жить с этими
возможностями, потому что эти правительства достаточно покорные и стабильные.
Грядущие годы возложат большую ношу на наши институты. Принципы
представительного правительства, свободы слова, процесса сбора налогов; законы и
защита прав человека будут оставаться решающими. Чтобы подготовиться к новым
видам бремени, нам понадобится расширить и вдохнуть новую жизнь в эти принципы и
институты, которые их поддерживают; защита свободы слова относительно
технических вопросов может быть решающей. Хотя мы сталкиваемся с серьезным
вызовом, есть повод надеяться, что мы сможем на него достойно ответить.
Хотя есть также, конечно, очевидные причины для сомнения, что мы сможем на него
достойно ответить. Но отчаяние заразно и противно, и оставляет людей в
подавленном состоянии. Кроме того, отчаяние кажется неоправданным, вопреки
знакомым проблемам: зло - слишком ли мы злы для того чтобы делать правильные
вещи? Некомпетентность - слишком ли мы глупы для того чтобы делать правильные
вещи? Лень - слишком ли мы ленивы для того чтобы подготовиться?
Хотя было бы слишком поспешным предсказывать радужное будущее, тем не менее эти
проблемы не кажутся непреодолимыми.
Демократические правительства - большие, небрежные и иногда безответственные за
жестокости, однако они не кажутся злом, в целом (хотя они могут включать людей,
которые заслуживают этого ярлыка). В действительности, их лидеры получают
власть, во многом выказывая поддержку общепризнанным идеям добра. Наша главная
опасность в том, что стратегии, которые кажутся хорошими, могут вести к
несчастью, или, что действительно хорошие стратегии не будут найдены,
опубликованы и воплощены во время, чтобы возыметь действие. Демократии страдают
больше от лени и некомпетентности, чем от зла.
Некомпетентность будет, конечно, неизбежна, но должна ли она быть фатальной? Мы,
человеческие существа, по своей природе глупы и невежественны, однако мы иногда
ухитряемся объединить наши кусочки компетентности и знания, чтобы достигать
великих вещей. Никто не знает, как долететь до Луны и никто никогда не узнает,
однако люди прошлись по её поверхности. Мы преуспели в технических вопросах,
потому что научились строить институты, которые собирают многих людей вместе для
того чтобы генерировать и проверять идеи. Такие институты добиваются надежности
путем избыточности, и качество их результатов зависит во многом от того, как
сильно это нас заботит, и как напряженно мы работаем. Когда мы концентрируем
достаточно внимания и ресурсов на надежности, мы часто преуспеваем. Это то,
почему полеты на Луну закончились успешно без гибели в космосе, и почему никакое
ядерное оружие никогда не было запущено и не взорвалось по случайности. И это
то, почему мы можем суметь управлять нанотехнологией и продвинутым ИИ с
достаточной осторожностью, чтобы гарантировать компетентную работу. Неустойчивые
люди с ограниченными способностями могут объединиться для того чтобы образовать
стабильные, компетентные институты.
Лень - интеллектуальная, моральная и физическая – кажется, возможно, нашей самой
большой опасностью. Мы можем отвечать на великие вызовы великими усилиями. Но
сделают ли достаточно людей достаточные усилия? Никто не может этого сказать,
поскольку никто не может сказать за любого другого. Но успех не потребует
неожиданного всеобщего прозрения и мобилизации. Он потребует только растущего
сообщества людей, пытающихся разработать, опубликовать и воплотить
работоспособные решения, и чтобы они имели хорошую и растущую меру успеха.
Это не так уж невероятно. Забота о технологии стала широко распространенной,
также как идея ускоряющегося изменения потребует лучшего предвидения. Лень не
поймает в западню каждого, и введенные в заблуждение мыслители не будут вести
усилия всех по ложному направлению. Смертоносные псевдорешения (такие как
запрещение исследований) проиграют битву идей, если достаточно людей разоблачат
их. И хотя мы сталкиваемся с большим вызовом, успех сделает возможным
осуществление великих мечтаний. Великие надежды и страхи могут подвигнуть
достаточно людей, чтобы дать возможность человеческой расе выиграть.
Страстные участие и действие не будут достаточны; мы также будем нуждаться в
хорошо обоснованных стратегиях. Это потребует большего чем просто хороших
намерений и четких целей. Мы должны также отслеживать фактические связи в мире,
которые будут связывать то, что мы делаем, с тем, что мы получаем. По мере того,
как мы приближаемся к технологическому кризису беспрецедентной сложности, имеет
смысл попытаться улучшить наши институты оценки важных технических фактов. Как
ещё мы можем направлять ведущую силу и минимизировать угрозу её
некомпетентности?
Институты эволюционируют. Чтобы вывести лучшие институты для нахождения фактов,
мы можем копировать, адаптировать и расширять наши прошлые успехи. Они включают
свободную прессу, научное сообщество, и суды. Все эти институты имеют свои
достоинства, и некоторые из этих достоинств могут быть объединены.
Глава 13. Нахождение фактов
Страх нельзя запретить, но он может быть спокойным и без паники; и он может быть
уменьшен разумом и оценкой.
Ванневар Буш.
Обществу нужны лучшие способы понимания технологий - это давно уже очевидно.
Вызовы будущего просто делают эту потребность ещё более насущной.
Обещания технологий манят нас вперед, а давление конкуренции делает остановку
практически невозможной. По мере того, как гонка технологий ускоряется, новые
разработки входят в нашу жизнь всё быстрее, а фатальные ошибки становятся более
вероятными. Нам нужно создать лучший баланс между нашим предвидением и скоростью
нашего продвижения. Мы не можем сделать много, чтобы замедлить рост технологии,
но мы можем ускорить скорость предвидения. И с лучшим предвидением, у нас будет
больше шансов направлять гонку технологий в безопасном направлении.
Ранее предлагались различные способы для управления технологией. "Люди должны
контролировать технологию" - неплохой лозунг, но он может иметь два возможных
значения. Если это значит, что мы должны заставить технологию служить
человеческим потребностям, то он вполне имеет смысл. Но если он означает, что
люди как целое должны принимать конкретные технические решения, то в нем очень
мало смысла. Электорат не может оценить внутренние взаимосвязи между
технологией, экономикой, окружающей средой и жизнью; у людей нет необходимых
знаний. Сами люди согласны: в соответствии с исследованием Государственного
фонда науки США, 85 процентов взрослых людей в США считают, что большинство
граждан не имеет знаний, необходимых для того чтобы выбирать, какие технологии
разрабатывать. Публика в целом оставляет конкретные технические суждения
техническим экспертам.
К сожалению, оставление суждений экспертам вызывает проблемы. В "Совете и
разногласии" Примак и фон Хиппель отмечают, что "до той степени, до которой
Администрация может преуспевать в удерживании нежелательной информации в секрете
и публику в неведении, благополучие общества может быть с безнаказанностью
принесено в жертву для удобства бюрократов и частной выгоды". Люди у руля
подвергаются большей критике, когда новое лекарство вызывает единственную
смерть, чем когда его отсутствие вызывает тысячи смертей. Они и выдают
неправильное регулирование соответственно этому. Военные бюрократы имеют
законный интерес в трате денег, скрытии ошибок и продолжении своих проектов. Они
и управляют неправильно соответственно этому. Этот вид проблемы такой
фундаментальный и естественный, что больше примеров вряд ли нужно. Везде
секретность и туман создают чиновникам больший комфорт; везде личная выгода
искажает фактические утверждения по вопросам, касающимся общественности. По мере
того, как технологии становятся всё более сложными и важными, эта модель
становится всё более опасной.
Некоторые авторы рассматривают правление секретных технократов практически
неизбежным. В "Создании альтернативных видов будущего" Хейзл Хендерсон
доказывает, что сложные технологии "становятся по сути своей тоталитарными",
потому что ни избиратели, ни законодатели не могут их понять. В "Повторном
посещении будущего человечества" Гаррисон Браун также утверждает, что соблазн
обойти демократические процессы в решении сложных кризисов приносит опасность. В
результате, он подозревает, "что если индустриальная цивилизация выживет, она
станет всё более тоталитарной по природе". Если это было бы так, то, вероятно,
это означало бы обреченность: мы не можем остановить гонку технологий, а мир
тоталитарных государств, основанный на совершенной технологии не нуждающийся ни
в работниках, ни в солдатах, мог бы вполне избавиться от большей части
населения.
К счастью, демократия и свобода сталкивалась с подобными вызовами в прошлом.
Государства становились слишком сложными для прямой демократии, но появилась
представительная демократия. Государственная власть угрожала разрушить свободу,
но появилась власть закона. Технология стала сложной, но это не дает нам никакой
причины игнорировать людей, сбрасывать со счетов закон и приветствовать
диктатора. Нам нужны способы, чтобы управлять технической сложностью в
демократических рамках, используя экспертов как инструменты для того чтобы
прояснять наше видение, не давая им контроля над нашими жизнями. Но технические
эксперты сегодня втянуты в систему междоусобиц между узкими группами.
Собрание экспертов
Правительство и промышленность, а также их критики, обычно назначают экспертные
комитеты, которые встречаются в тайне, если встречаются вообще. Такие комитеты
претендуют на то, что им можно доверять, основываясь на том, кто они есть, а не
на том, как они работают. Противостоящие группы нанимают оппозиционирующих
нобелевских лауреатов.
Чтобы завоевать влияние в нашей массовой демократии, группы пытаются переплюнуть
друг друга. Когда их взгляды относятся к обществу, они выносят их на публику
путем рекламных компаний. Когда их взгляды относятся к государству, они выносят
их к законодательной власти путем лоббирования. Когда их взгляды имеют
драматический оттенок, они выносят их на публику через кампании в СМИ. Группы
продвигают своих любимых экспертов, сражение выходит на публику и тихие ученые и
инженеры тонут в шуме.
По мере того, как общественный конфликт нарастает, люди начинают сомневаться в
заявлениях экспертов. Они оценивают утверждения очевидным образом - по его
источнику. («Конечно, она заявляет, что разлив нефти безопасен - она работает на
«Эксон». "Конечно, он говорит, что Эксон лжет - он работает на «Нейдер».)
Когда авторитетные эксперты теряют доверие, демагоги могут присоединиться к
битве на равной ноге. Журналисты страждут противоречий, стараясь объективно
освещать картину, и редко руководствуются техническими соображениями - выносят
все стороны прямо на публику. Осторожные утверждения, делаемые добросовестными
учеными, создают мало впечатления; другие ученые не видят иного выбора кроме как
принять демагогический стиль. Дебаты становятся острыми и гневными, расхождения
во взглядах растут, и дым битв затемняет сами факты. Часто за этим следует
паралич глупости.
Наша величайшая проблема в том, что мы делаем с проблемами. Дебаты бушуют по
поводу ядерной энергии, энергии каменного угля, химических отходов. Имеющие
хорошие намерения группы, подкрепляемые экспертами, сталкиваются вновь и вновь
вокруг скучных технических фактов – важных но скучных: Какие последствия имеют
малые дозы радиации и как вероятна авария на ядерном реакторе? Каковы причины и
последствия кислотных дождей? Насколько хорошо могла бы защищать от ракетных
атак защита с космическим базированием? Говорят ли пять случаев лейкемии в
пределах трех миль данной свалки отходов о смертельной опасности или это просто
игра случая?
Более существенные вопросы - впереди: насколько безопасные репликаторы? Будут ли
системы активных щитов безопасны и надежны? Будет ли обратима процедура
биостаза? Можем ли мы доверять системе ИИ?
Споры о технических фактах питают более широкие диспуты о стратегии. Люди могут
иметь различающиеся ценности (как например: чтобы бы вы предпочли, энцефалит или
отравление пестицидами?), но их взгляды на относящиеся к делу факты расходятся
ещё больше. (Как часто эти комары переносят энцефалит? Как токсичны эти
пестициды?) Когда различающиеся взгляды на скучные факты ведут к разногласиям
относительно важных стратегий, люди могут удивляться, "Как они нам могут
противоречить по таким важным стратегическим вопросам, если только у них нет
дурных мотивов?" Споры насчет фактов могут таким образом настроить потенциальных
союзников друг против друга. Это мешает нашим усилиям в понимании и решении
наших проблем.
Люди обсуждают факты на протяжении тысячелетий; только особое положение
технических диспутов ново. Общества разработали методы для оценки фактов о
людях. Такие методы подсказывают, как мы могли бы судить факты о технологии.
От междоусобиц к честному процессу
На всём протяжении истории, группы разрабатывали способы для того чтобы
разрешать споры; альтернативой этому были междоусобицы, нескончаемые и часто
беспощадные. Средневековые европейцы использовали несколько процедур, все из них
лучше, чем бесконечные междоусобицы:
Они использовали испытание битвой: противники сражались, и закон подтверждал
победителя.
Они использовали взаимную клятву: соседи клялись в честности обвиняемого; если
клялись достаточно, обвинения снимались.
Они использовали испытание "божьим судом": в одном из них обвиняемый связывался,
и его бросали в реку; те, кто тонул, были невиновны, а те, кто выплывал виновны.
Они использовали суд секретных комитетов: советники короля встречались для того
чтобы судить и выносить приговор, который казался подходящим. В Англии они
встречались в комнате, которая называлась Звёздный кабинет.
Эти методы предположительно определяли, кто что делал - факты относительно
человеческих событий, но все имели серьезные недостатки. Сегодня мы используем
аналогичные методы для того чтобы определять факты относительно науки и
технологии - что является причиной чего:
Мы используем испытание сражением в прессе: оппоненты бросаются со шпагами
наголо друг на друга до тех пор, пока доказательства одной стороны не терпят
политической смерти. К сожалению, это часто напоминает бесконечные междоусобицы.
Мы используем клятвы: эксперты клянутся относительно определенных фактов; если в
одном и том же клянется достаточно экспертов, факты объявляются истинными.
Мы используем суждения секретных комитетов: избранные эксперты встречаются для
того чтобы оценивать факты и рекомендовать те действия, которые кажутся
подходящими. В Соединенных Штатах они часто встречаются в комитетах в
Национальной Академии наук.
Испытание Божьим судом вышло из моды, но битвы в прессе вполне могут напоминать
пытки тихих ученых с их самоуважением.
Англичане упразднили заседания Звездного кабинета в 1641 году, и они считали это
большим достижением. Испытание сражением, клятвой, и божьим судом также стали
историей. Мы сейчас ценим честный процесс, по крайней мере, когда судим людей.
Судебные процедуры иллюстрируют принципы должного процесса: утверждение должно
быть конкретно. Обе стороны должны иметь шанс высказаться и встретить друг
друга, чтобы опровергать чужие аргументы и проводить перекрестный допрос.
Процесс может быть публичным для того чтобы предотвратить скрытые нелепости.
Дебаты должны происходить перед жюри, которое обе стороны принимают как
беспристрастное. Наконец, судья должен быть арбитром в процессе и следить за
выполнением правил.
Чтобы понять ценность честного процесса, представьте противоположное: процесс,
попирающий все эти принципы, дал бы одной стороне сказать, а другой никакого
шанса провести перекрестный допрос или ответить на аргументы. Он встречался бы в
тайне, допускал бы смутную клевету, и не имел бы судьи, чтобы следить за какими
бы то ни было правилами, которые могли бы оставаться неизменными. Присяжные
приходили бы уже со своими готовыми решениями. Короче говоря, это напоминало бы
толпу линчевателей, встречающуюся в закрытом сарае, или мошеннический комитет,
составляющий отчет.
Опыт показывает ценность честного судебного процесса в оценке фактов по поводу
людей; мог бы он также быть ценным в оценке фактов о науке и технологии? Честный
процесс - это фундаментальная идея, не ограничиваемая судами закона. Некоторые
исследователи ИИ, например, встраивают принципы честного судебного процесса в
свои компьютерные программы. По-видимому, честный судебный процесс должен
оказаться полезным и в оценке технических фактов.
В действительности, научная литература, главный форум науки, уже воплощает форму
честного судебного процесса: в хороших журналах, научные утверждения должны быть
конкретны. В теории, имея достаточно времени и настойчивости, все стороны могут
высказать своих взгляды в диспуте, поскольку журнал остается открытым для
противоречий. Хотя оппоненты могут не встречаться лицом к лицу, они встречаются
на расстоянии; они задают вопросы и отвечают в медленном движении, через письма
и статьи. Рефери, также как присяжные, оценивают основания и аргументацию.
Редакторы, как судьи, следят за правилами процедуры. Публикация оставляет дебаты
открытыми для публичного изучения.
И в журналах, и в судах, конфликтующие идеи сталкиваются друг с другом,
подчиняясь правилам, разработанным для того чтобы обеспечить справедливую,
организованную борьбу. Такие правила иногда терпят неудачу, поскольку они
нарушаются или не адекватны, но они - лучшее, что мы разработали. Несовершенный
справедливый судебный процесс доказал, что он лучше, чем вообще без него.
Почему ученые ценят журналы с редакционным арбитражем? Не потому что они верят
всем журналам с арбитражем, или доверяют всему, что печатается в одном из них.
Даже лучшая система справедливого судебного процесса не произведет поток чистой
истины. Скорее, они ценят журналы с арбитражем потому, что такие журналы
склонны отражать основательную критическую дискуссию. Действительно они должны
это делать: поскольку журналы конкурируют друг с другом за бумагу, престиж и
читателя, лучшие журналы должны быть действительно хороши. Журналы работают
медленно, однако после достаточного количества раундов публикаций и критицизма
они часто вырабатывают консенсус.
Опыт доказывает ценность и судов, и журналов. Их глубинное подобие говорит о
том, что их ценность происходит из общего источника - честного судебного
процесса. Честный процесс может приводить к неудаче, но всё же это - лучший
известный подход для нахождения фактов.
Но сегодня суды и журналы не достаточны. Жизненно важные технические диспуты
продолжаются и продолжаются из-за того, что у нас нет никакого быстрого, хорошо
организованного способа выявлять факты (и описывать границы нашего незнания).
Суды не подходят для того чтобы иметь дело с техническими вопросами. Журналы
лучше, но они также имеют недостатки. Они формировались во времена технологий
более низкого уровня и более медленного прогресса, развиваясь так, чтобы
соответствовать ограничениям печати, скорости почты и потребностям академической
науки. Но сегодня, во время, когда мы отчаянно нуждаемся в лучших и более
стремительных технических суждениях, мы обнаруживаем себя в мире, в котором есть
телефоны, реактивные самолеты, копировальные аппараты, экспресс и электронная
почта. Можем ли мы использовать современные технологии для того чтобы ускорить
технические дебаты?
Конечно, ученые уже используют несколько подходов. Реактивные самолеты переносят
ученых через континенты на конференции, где представляются и обсуждаются
доклады. Но конференции плохо управляют противоречием; общественный этикет и
плотные расписания ограничивают накал и глубину дебатов.
Ученые также соединяются в неформальные исследовательские сети, соединяемые
телефоном, почтой, компьютерами и копировальными аппаратами; они ускоряют обмен
и обсуждение. Но они по сути своей - частные институты. Они также не способны
обеспечить достоверную публичную процедуру для отработки противоречий.
Конференции, журналы и неформальные сети имеют некоторые аналогичные
ограничения. Они обычно фокусируются на вопросах технической важности, а не на
вопросах важности общественной стратегии. Более того, они обычно концентрируются
на научных вопросах. Журналы имеют склонность пренебрегать технологическими
вопросами, которые не имеют внутри себя научного интереса; они часто обращаются
с ними как с новостями, которые не стоят проверки рефери. Более того, наши
сегодняшние институты не имеют какого-либо сбалансированного способа
представления знания, когда оно все ещё запутано в противоречиях. Хотя научные
обзорные статьи часто представляют и взвешивают несколько идей, они это делают с
точки зрения одного автора.
Все эти недостатки имеют общий источник: научные институты приспособились
продвигать науку, а не просеивать факты для людей, принимающих политические
решения. Такие институты служат своей цели достаточно хорошо, но они плохо
служат иным целям. Хотя это - не полное отсутствие чего-либо, тем не менее, они
оставляют реальную потребность.
Подход
Нам нужны лучшие процедуры для обсуждения технических фактов - процедуры
открытые, достоверные и сфокусированные на отыскании фактов, которые нам нужны
для формулирования хорошо обоснованных политических стратегий. Мы можем начать с
копирования некоторых аспектов процедур других справедливых судебных процессов;
тогда мы можем модифицировать и очистить их в свете опыта. Используя современные
средства коммуникации и транспорта, мы можем разрабатывать сфокусированные,
оптимизированные процессы, подобные журналам, чтобы ускорить общественные дебаты
по решающим фактам; по-видимому, это - полдела. Другая половина требует
перегонки результатов дебатов в сбалансированную картину нашего состояния знаний
(и также говоря, нашего состояния невежества). Здесь кажутся полезными
процедуры, несколько напоминающие судебные.
Поскольку эта процедура (форум поиска фактов) предполагает обобщать факты,
каждая сторона будет начинать с утверждения того, что она находит ключевыми
фактами и перечисления их в порядке важности. Обсуждение будет начинаться с
утверждений, которые возглавляют список каждой стороны. После раундов
аргументации, перекрестного допроса и переговоров, рефери найдет утверждения, по
которым имеется согласие. Там где разногласие сохраняется, технические присяжные
запишут мнения, подчеркивая, что кажется известным и что все ещё кажется
неопределенным. Выход форума будет включать базовые аргументы, утверждения, по
которым есть согласие, и мнение присяжных заседателей. Это может напоминать
серию журнальных статей, заключенных в сжатой обзорной статье, ограниченной
только утверждениями фактов, без рекомендаций к принятию политических решений.
Эта процедура должна отличаться от судебной процедуры во многих аспектах.
Например, технические присяжные заседатели - "жюри" форума - должны быть
технически компетентны. Предубеждение могло бы привести присяжных к неправильной
оценке фактов, но техническая некомпетентность могла бы равняться вреду. По этой
причине, "жюри" форума поиска фактов должно выбираться таким способом, который
был бы опасен, если его разрешить в судах закона. Поскольку суды владеют силой
полиции, мы используем жюри, выбранные из людей как целого, чтобы охранять нашу
свободу. Это заставляет правительство искать одобрения от группы граждан перед
тем, как кого-то наказать, таким образом, приспосабливая действия правительства
к стандартам общества. Однако форум поиска фактов ни коим образом не собирается
наказывать людей или формировать государственную политику. Общество будет
свободно наблюдать за процессом и решать, верить ли результатам. Это даст людям
достаточно контроля.
Однако для того чтобы сделать форум поиска фактов справедливым и эффективным,
нам нужна хорошая процедура отбора присяжных. Технические присяжные будут грубо
соответствовать экспертным комитетам, назначенным правительствами или рефери,
назначенным журналами. Чтобы гарантировать справедливость, присяжные должны
выбираться не комитетом, политиками, или чиновниками, а процессом, который
включает согласие обеих сторон в диспуте. В судебных заседаниях адвокаты могут
ставить под сомнение и отвергать любых судий, которые кажутся предубежденными;
мы можем использовать подобный процесс в выборе панели для форума поиска фактов.
Эксперты, которые прямо участвуют в диспуте, не могут играть роль присяжных они бы либо создали предубеждение у присяжных, либо раскололи бы их. Группа,
поддерживающая форум поиска фактов должна искать присяжных, которые сведущи в
относящихся к делу областях. Это кажется практичным, потому что методы
технической оценки (часто основанной на экспериментах и вычислениях) достаточно
общие. Присяжные, знакомые с основами области будут способны оценивать детальную
аргументацию, которую приводят специалисты с каждой стороны.
Другие стороны форума поиска фактов также будут напоминать таковых в судах и
журналах. Комитет, подобный журнальной редакционной группе, будет предлагать
кандидатуры судьи и присяжных для диспута. Адвокаты каждой стороны, также как
авторы или судебные адвокаты, будут собираться и представлять самые сильные
доказательства, которые могут.
Несмотря на эти общие черты, форум поиска фактов будет отличаться от суда: он
будет фокусироваться на технических вопросах. Он не будет предлагать никаких
действий. Он не будет иметь управляющей силы. Он будет следовать техническим
правилам доказательства и аргументации. Он будет отличаться в бесконечных
деталях по тону и процедуре. Аналогия с судом - лишь это - аналогия, источник
для идей.
Форум поиска фактов также будет отличаться от журнала: он будет происходить так
быстро как позволяет почта, собрания и электронные средства коммуникации, а не
как заторможенный обмен в течение многих месяцев, как типичные журнальные
публикации. Он будет собираться вокруг какого-то вопроса, а не будет создан,
чтобы работать над целой научной отраслью. Он будет обобщать знания для того
чтобы помогать решениям, а не служить как первичный источник данных для научного
сообщества. Хотя серии форумов поиска фактов не будут заменять журнал, они
помогут нам находить и публиковать факты, которые могли бы сохранить наши жизни.
Доктор Артур Кантрович (член Национальной академии наук, который достиг
совершенства в областях от медицинской технологии до лазеров высокой энергии)
был автором концепции, которую я только что описал. Вначале он её назвал "совет
по техническому расследованию". Журналисты сразу же окрестили её "научным
судом". Я это назвал форумом поиска фактов; я зарезервировал термин "научный
суд" для форума поиска фактов, используемого (или предназначенного) как
правительственный институт. Предложения для справедливого процесса в технических
диспутах все ещё находится в движении; в различных дискуссиях используются
различные термины.
Забота доктора Кантровича относительно справедливого процесса появилась из
решения США строить гигантские ракеты для полета на Луну одним броском. Он,
основываясь на сведениях от экспертного комитета, рекомендовал, чтобы НАСА
использовало несколько меньшие ракеты, чтобы выводить компоненты на низкую
орбиту, а потом состыковывать их для того чтобы построить летательный аппарат,
который бы достиг Луны. Этот подход обещал сэкономить миллиарды долларов, а
также развить полезные умения по строительству в космосе. Никто не ответил на
его аргументы, однако он не смог выиграть свое дело. Умы были непоколебимы,
политики причастны к делу, отчет застрял в сейфе Белого Дома и дебаты были
закрыты. Технические факты были тихо подавлены в интересах тех, кто хотел
построить новое поколение гигантских ракет.
Это показало крайне серьезный дефект в наших институтах - тот, который
упорствует, расточает наши деньги и увеличивает риск катастрофических ошибок.
Доктор Кантрович вскоре пришел к теперь очевидному выводу: нам нужны институты
справедливого судебного процесса для обнародования технических противоречий.
Доктор Кантрович преследовал свою цель (в своей форме научного суда) в
дискуссиях, письменных работах, исследованиях и конференциях. Он получал
поддержку по поводу научных судов от Форда, Картера и Рейгана, как кандидатов.
Как Президенты, они ничего не делали, хотя аппарат Президента во время
администрации Форда всё же разрабатывали предложенную процедуру.
Однако есть прогресс. Хотя я использовал будущее время в описании форума поиска
фактов, эксперименты начались. Но перед тем как описать путь к справедливому
процессу, имеет смысл рассмотреть некоторые возражения.
Справедливый судебный процесс - почему бы нет?
Критики этой идеи (по крайней мере, в её версии научного суда) часто не
соглашались друг с другом. Некоторые возражали, что диспуты о фактах не важны,
или что они могут спокойно проходить за закрытыми дверями; другие возражали, что
диспуты о фактах слишком глубоки и важны, чтобы процедура справедливого
судебного процесса могла помочь. Некоторые предостерегали, что научные суды были
бы опасны; другие предостерегали, что они были бы бессильны. Вся эта критика
имеет некоторую обоснованность: процесс не будет панацеей. Иногда он не будет
необходим, а иногда его будут использовать во вред. всё же, кто-то с тем же
успехом мог бы отвергать пенициллин на том основании, что он иногда
неэффективен, не нужен или причиняет вред.
Эти критики не предлагают никаких альтернатив, и они редко спорят с тем, чтобы
мы сегодня имели справедливый судебный процесс или утверждают, что этот процесс
бесполезен. Мы вынуждены иметь дело со сложными техническими вопросами, от
которых зависят миллионы жизней; смеем ли мы оставлять эти вопросы секретным
комитетам, медлительным журналам, сражениям в СМИ и техническим суждениям
политиков? Если мы не верим экспертам, должны ли мы принимать суждения секретных
комитетов, назначенных в секрете, или требуется более открытый процесс? Наконец,
можем ли мы с нашей сегодняшней системой совладать с глобальной технологической
гонкой в нанотехнологии и искусственном интеллекте?
Открытые институты справедливого судебного процесса, по-видимому, жизненно
необходимы. Позволяя участвовать всем сторонам, они используют энергию конфликта
для поиска фактов. Ограничивая экспертов в описании фактов, они будут помогать
нам иметь дело с технологией, не отдавая свои решения на усмотрение технократов.
Частные лица, компании и избираемые должностные лица будут сохранять полный
контроль над политикой; технические эксперты всё так же будут способны
рекомендовать линии политики через другие каналы.
Как мы можем отличить факты от ценностных суждений? Стандарты Карла Поппера
кажутся полезными: утверждение имеет характер фактического (будь то
справедливого или ложного), если эксперимент или наблюдение могло бы в принципе
его опровергнуть. Для некоторых людей, идея исследования фактов без учета их
ценностных моментов наводит на мысль о принятии политических решений без учета
ценностных факторов. Это было бы абсурдно: по самой их природе, политические
решения будут всегда включать и факты, и ценности. Причина и следствие относятся
к фактам, говоря нам о том, что возможно. Но политика также включает наши
ценности, наши мотивы для действия. Без правильных фактов мы не сможем достичь
целей, которых мы хотим, но без ценностей - без желаний и предпочтений, мы бы не
хотели что-либо вообще. Процесс, который раскрывает факты, может помочь людям
выбирать линии политики, которые будут служить их ценностям.
Критики беспокоились, что научный суд (в результате) объявит Землю плоской, а
затем игнорирует Аристарха Самосского или Магеллана, когда он обнаружит
доказательства обратного. Ошибки, предубеждения или несовершенное знание
обязательно будут вызывать некоторые памятные ошибки. Но члены панели
технических присяжных и не претендуют на ложную определенность. Зато они могут
описать наше знание и обрисовать наше невежество, иногда заявляя, что мы просто
не знаем, или что имеющиеся доказательства дают только приблизительное
представление о фактах. Таким образом, они бы защищали нашу репутацию для
доброго суждения. Когда появляются новые доказательства, вопрос может быть
открыт повторно; идеям не нужно защиты от двойного нападения.
Если форумы поиска фактов станут популярными и уважаемыми, они получат влияние.
Их успех тогда затруднит их злоупотребление: многие конкурирующие группы будут
их поддерживать, а группа, которая будет использовать процедуру во зло, будет
иметь тенденцию завоевывать плохую репутацию и игнорироваться. Никакая
единственная группа, которая организует форум, не будет способна затемнить факты
по важному вопросу, если форумы поиска фактов получат надежность путем
избыточности.
Никакой институт не будет способен исключить продажность и ошибки, но форумы
поиска фактов будут управляемы, хотя и несовершенно, улучшенными стандартами для
проведения публичных дебатов; им придется долго падать, чтобы стать хуже, чем
система, которая у нас есть сейчас. Основные аргументы в пользу форумов поиска
фактов - (1) справедливый судебный процесс - это правильный подход, чтобы
попробовать, и (2) нам будет лучше, если мы его попробуем, чем если нет.
Построение справедливого судебного процесса
Антрополог Маргарет Мид была приглашена на коллоквиум по научному суду для того
чтобы высказаться против этой идеи. Но когда пришло время, она выступила в его
защиту, заметив, что "Нам нужен новый институт. В этом нет никакого сомнения.
Институты, которые у нас есть - совершенно неудовлетворительны. Во многих
случаях они не только неудовлетворительны, они включают проституцию наукой и
проституцию процессом принятия решений". Люди, не имеющие собственнических
интересов в существующих институтах, часто соглашаются с её оценкой.
Если отыскание фактов относительно технологии действительно принципиально для
нашего выживания, и если справедливый судебный процесс действительно - ключ к
отысканию фактов, то что можем мы по этому поводу сделать? Нам не нужно начинать
с совершенных процедур; мы можем начать с неформальных попыток улучшить
процедуры, которые у нас есть. Затем мы можем разработать лучшие процедуры,
варьируя наши методы и выбирая такие, которые работают наилучшим образом.
Справедливость судебного процесса - это вопрос степени.
Существующие институты могли бы продвинуться по направлению к справедливому
судебному процессу, изменяя некоторые из своих правил и традиций. Например,
правительственные агентства могли бы регулярно консультироваться с
оппозиционными сторонами перед назначением членов экспертного комитета. Они
могли бы гарантировать каждой стороне право представить доказательство,
исследовать доказательство и устроить перекрестный допрос экспертов. Они могли
бы открыть свои заседания для зрителей. Каждый из этих шагов мог бы усилить
справедливость процесса, превращая заседания Звездной Палаты в институты,
заслуживающие большего уважения.
Общественные выгоды от справедливого процесса не обязательно сделают его
популярным серди групп, которых спрашивают об изменении. Мы не видели страстного
желания со стороны групп интересов проверять свои притязания, также как мы не
видели радости со стороны комитетов, когда они распахивают свои двери и
подчиняются дисциплине справедливого процесса. Также мы не слышали отчетов
политиков, объявляющих полезность ложных фактов для скрытия политического
основания их решений.
Тем не менее, три кандидата в Президенты США всё же поддержали научные суды.
Комитет президентов научных обществ, который включает двадцать восемь ведущих
научных обществ США, также поддержал эту идею. Департамент энергетики США
использовал "процедуру, подобную процедуре научного суда" для того чтобы оценить
конкурирующие предложения по энергии для плавления, и объявил её эффективной и
полезной. Д-р Джон С. Бейлар из Национального института онкологии, после того,
как медицинские организации не смогли распознать опасность рентгеновских лучей и
уменьшить их использование в массовых обследованиях, предложил проведение
научного суда по этой теме. Тогда его оппоненты отступили и изменили свою
политику - очевидно, сама угроза справедливого судебного процесса уже спасает
жизни. Тем не менее, старые способы остаются почти неоспоримыми.
Почему так? Отчасти, потому что знание - это власть, а, следовательно, ревниво
оберегаемо. Отчасти, потому что сильные группы могут с успехом представить, как
неудобен был бы для них справедливый процесс. Отчасти, потому что усилие, чтобы
улучшить методы решения проблем не имеет драмы кампании по борьбе с самими
проблемами; на тысячи активистов, пытающихся опрокинуть корабль государства,
приходится один, который пытается заткнуть дыры в его корпусе.
Правительства могут пока действовать для того чтобы основать научные суды, и
любые шаги, которые они могут предпринимать по направлению к справедливому
процессу, заслуживают поддержки. Однако разумно опасаться правительственной
поддержки научных судов: централизованная власть имеет склонность порождать
неуклюжих монстров. Центральное "Агентство научного суда" могло бы работать
хорошо, приносить мало видимого вреда, и всё же приводить к огромным скрытым
издержкам: само его существование (и отсутствие конкуренции) могло бы
блокировать эволюционные улучшения.
Открыты иные пути. Форумы поиска фактов будут способны оказывать влияние без
помощи специальных юридических полномочий. Чтобы иметь влияние, их результаты
только должны быть более достоверны, чем просто утверждения любого конкретного
человека, комитета, корпорации или группы интересов. Хорошо управляемый форум
поиска фактов принесет доверие в саму свою структуру. Подобные форумы могли бы
поддерживаться университетами.
На самом деле, д-р Кантрович недавно провел экспериментальную процедуру в
университете Калифорнии в Беркли. Она собралась вокруг публичных диспутов между
генетиком Беверли Пейген и биохимиком Вильямом Хавендером относительно
врожденных дефектов и генетических опасностей в районе свалки Лав Канэл. Они
выступали как адвокаты; выпускники университета служили техническими присяжными
заседателями. Процедура включала собрания, растянувшиеся на несколько недель,
главным образом потраченных на обсуждение областей согласия и разногласия; она
закончилась несколькими сессиями публичного перекрестного допроса перед панелью
присяжных. И адвокаты, и присяжные соглашались с одиннадцатью утверждениями
фактов, и они проясняли свои оставшиеся разногласия и неопределенности.
Артур Кантрович и Роджер Мастерз замечают, что "в отличие от трудностей,
испытываемых во многих попытках применить научный суд под эгидой правительства,
обнадеживающие результаты были достигнуты при первой серьезной попытке... в
университетском окружении". Они замечают, что традиции и ресурсы университетов
делают их естественной средой для таких усилий. Они планируют другие подобные
эксперименты.
Это показывает децентрализованный способ развития институтов справедливого
судебного процесс - способ, который позволит нам перехитрить существующее
чиновничество и окопавшиеся интересы. Делая это, мы можем основываться на
установленных принципах и тестировать вариации, в лучших эволюционных традициях.
Лидеры, озабоченные тысячами разных вопросов - даже лидеры на оппозиционной
стороне - могут присоединяться в поддержку справедливых процессов. Роджер Фишер
и Уильям Юри из Гарвардского переговорного проекта отметили, что оппоненты
склонны предпочитать незаинтересованный арбитраж, когда каждая сторона верит,
что она права. Обе стороны ожидают выиграть, следовательно, обе стороны согласны
участвовать. Форумы поиска фактов должны привлечь честных адвокатов и оттолкнуть
шарлатанов.
По мере того, как справедливый процесс станет стандартом, адвокаты с сильными
аргументами получат преимущество, даже если их оппоненты откажутся сотрудничать
- "Если они не могут защитить свое дело на публике, почему нужно их слушать?"
Далее, многие диспуты будут разрешаться (или избегаться) без того, чтобы
создавать проблему настоящих заседаний: сама перспектива управляемых рефери
публичных дебатов подтолкнет адвокатов проверить свои факты перед тем, как они
их заявят. Учреждение форумов поиска фактов могло бы легко сделать больше для
хорошо обоснованного аргумента, чем найм миллиона сторонников.
Однако сегодня лидеры, имеющие благие намерения, чувствуют принуждение
преувеличивать свои доказательства, просто чтобы быть услышанными в реве,
которой издает пресса их оппонентов. Должны ли они с сожалением
противодействовать дисциплине форумов поиска фактов? Конечно нет; справедливый
судебный процесс может исцелить социальную болезнь, которая уводила их всего от
того, чтобы ставить факты на первое место. Делая свои очки на форумах поиска
фактов, они будут в состоянии восстановить свое самоуважение, которое исходит из
интеллектуальной честности.
Извлечение истины может сделать подкоп под удобные позиции, но это не может
повредить интересам группы, действительно заботящейся об общественных интересах.
Если кому-то нужно чуть подвинуться для того чтобы дать место правде, ну и что?
Великие лидеры смещали свои позиции и по худшим причинам, и справедливый
судебный процесс также заставит оппонентов это сделать.
Грегори Бейтсон однажды сказал, что "ни один организм не может себе позволить
сознавать вопрос, с которым он мог бы управляться на бессознательных уровнях" В
организме демократии, сознательный уровень приблизительно соответствует дебатам
в СМИ. Бессознательный уровень состоит из любых процессов, обычно работающих
достаточно хорошо без криков и плача общества. В СМИ, как в человеческом
сознании, одна забота имеет склонность вытеснять другие. Это - то, что делает
сознательное внимание таким редким и ценным. Наше общество нуждается в том,
чтобы идентифицировать факты своего положения более быстро и надежно, с меньшим
количеством отвлекающих междоусобиц в СМИ. Это освободит публичные дебаты для
задачи, для которой они существуют - оценочная процедура для отыскания фактов,
решения, что мы хотим и помощь нам в выборе пути к миру, который стоит того,
чтобы в нем жить.
По мере того, как изменения ускоряются, наша потребность в процедурах для
отыскания фактов растет. Чтобы оценить риск репликатора или осуществимость
активного щита, нам будут нужны улучшенные способы обсуждать факты. Чистые
социальные изобретения, такие как форум поиска фактов, помогут, но новые
социальные технологии, основанные на компьютерах, тоже будут полезны. Они также
расширят справедливый судебный процесс.
Глава 14. СЕТЬ ЗНАНИЯ
Компьютеры ... проникли в нашу повседневную жизнь и становятся центральной
нервной системой общества.
ТОРУ МОТО-ОКА
Чтобы подготовиться к ассемблерной революции, общество должно научиться учиться
быстрее. Форумы поиска фактов будут полезны, но новые технологии могут помочь
ещё больше. С ними мы будем способны распространять, очищать и комбинировать
нашу информацию намного быстрее, чем когда-либо прежде.
Информационная перегрузка стала хорошо известной проблемой: частицы знания
скапливаются слишком быстро, чтобы люди могли их отсортировать и извлечь из них
полезную информацию. Тысячи технических журналов покрывают тысячи тем.
Публикуемые статьи накапливаются со скоростью более миллиона в год. Форумы
поиска фактов помогут нам вычистить неправду, которая будет нивелировать наши
усилия, чтобы понять мир. Но любые подобные формальные институты будут также
загромождены современным наводнением информации: форумы поиска фактов будут
способны иметь дело только с небольшой частью - хотя и важной частью фактов, и
они неизбежно будут несколько медлительны. Формальные институты могут
перехватывать только крошечную частичку умственной энергии нашего общества.
Сегодня наши информационные системы задерживают наш прогресс. Чтобы понять
проблему, представьте обращение с куском информации: вы открыли его - как вы
будете его распространять? Кто-то ещё опубликовал его - как вы его найдете? Вы
нашли его - где вы будете его хранить? Вы видите ошибку - как вы её исправите?
Ваши папки растут - как вы их упорядочите?
Сейчас мы обращаемся с информацией неуклюже. Наши традиционные электронные СМИ
живые и развлекающие, но они плохо приспособлены для управления сложными
дебатами, продолжающимися длительное время; как могли бы вы, как зритель,
зарегистрировать, упорядочить или исправить информацию в телевизионном
документировании фактов? То есть, как могли бы вы сделать телевизионное вещание
хорошо интегрированной частью развивающегося тела знания? Мы можем управлять
сложными дебатами лучше, используя бумажные носители, однако недели (или годы)
задержки в типичном процессе публикации замедляют дебаты до очень медленного
движения. И даже газетные публикации трудно подшивать, упорядочивать или
корректировать. Принтеры производят кипы бумаги, покрытой символами; путем
героических усилий библиотекари и ученые умудряются связать и организовать их
свободным образом. Однако индексы, ссылки и коррекции просто добавляют ещё
больше страниц и ещё больше изданий, и отслеживание ссылок, которые они
упорядочивают, остается утомительным.
Книги и иные пакеты бумаги работают, до известной степени. Они содержат многое
из наших культурных богатств, и мы сейчас не имеем лучшего пути, чем публиковать
большинство вещей. Однако остаётся ещё много возможностей для улучшений.
Проблемы в распространении, исправлении и организации информации делают наше
общее знание относительно неточным и плохо организованным. Поскольку
установленные факты часто трудно найти, мы часто обходимся без них, делая себя
похожими на более невежественных, чем могли бы быть. Могут ли новые технологии
нам помочь?
Они это и сделали в прошлом. Изобретение печатного пресса принесло великий
прогресс; сервис, основанный на компьютерном тексте, обещает ещё больше. Однако
чтобы понять, как наши информационные системы могли бы стать лучше, может быть
полезным понять, как они могли бы стать хуже. Рассмотрим воображаемый беспорядок
и воображаемое решение:
Сказка о замке.
В давние времена жил на свете народ с информационной проблемой. Хотя они
заменили свои громоздкие глиняные дощечки на бумагу, они использовали её
странно. В центре их страны стояло величественное строение. Под его сводами
находилась их великая Комната Писаний. В этой комнате находилась куча клочков
бумаги, каждый размером в детскую ладонь.
Время от времени ученый входил в этот храм знания для того чтобы предложить
знание. Совет писцов оценивал, стоящее ли оно. Если да, они вписывали его на
один из клочков бумаги и торжественно бросали его наверх кучи.
Время от времени некоторые трудолюбивые ученые приходили для того чтобы найти
знание - покопаться в этой куче в поисках нужного клочка. Некоторые, опытные в
подобных поисках, могли найти определенный клочок не более чем за месяц. Писцы
всегда были рады исследователям - они были так редки.
Мы, современные люди, можем понять их проблему: в беспорядочной куче каждый
добавляемый клочок хоронил под собой остальные (как на многих рабочих столах).
Каждый отдельный клочок не связан с другими, и добавление ссылок дало бы мало
помощи, когда нахождение клочка занимает месяцы. Если мы использовуем такую
кучу, чтобы хранить информацию, наши обширные, детализированные писания по науке
и технологии были бы почти бесполезны. Поиски занимали бы годы или целые жизни.
Мы, современные люди, имеем простое решение: мы складываем страницы в порядке.
Мы помещаем страницу за страницей, чтобы образовалась книга, книгу за книгой,
чтобы заполнить полку, и заполняем здание полками, чтобы получить библиотеку. Со
страницами в порядке, мы можем найти их и следовать ссылке более быстро. Если те
писцы использовали бы ученых для того чтобы сложить клочки по теме, их поиски
стали бы легче.
Однако, когда у них были бы стопки по истории, географии и медицине, куда
следовало бы ученым положить клочки по исторической географии, географической
эпидемиологии и медицинской истории? Куда следовало бы им положить клочки по
"Истории распространения Великой Чумы"?
Но в нашей воображаемой стране, писцы выбрали другое решение: они послали за
волшебником. Но прежде они свободно пустили ученых в комнату с иглами и нитками,
чтобы пропустить нити от клочка к клочку. Нити одного цвета связывали клочок со
следующим в серию, другой цвет вел к ссылке, ещё один - к критическим замечаниям
и т.д. ученые плели сеть из связей, представленных сетью ниток. В конце концов,
волшебник (с горящими глазами и развивающимися волосами) пропел заклинание, и
весь беспорядок поднялся медленно в воздух, и стал плавать как облако в этом
величественном здании. После этого, ученому, держащему клочок, нужно было только
потянуть за ниточку, привязанную к его концу, чтобы заставить связанный клочок
прыгнуть к нему в руку. И нити, волшебным образом, никогда не запутывались.
Теперь ученые могут соединить "Историю распространения Великой Чумы" со
связанными клочками по истории, географии и медицине. Они могут добавить все
примечания и тексты, которые они хотят, связывая их наиболее удобным образом.
Они могут добавить клочок со специальным индексом, способный принести в руку
все, что в нем перечисляется. Они могут поместить связи куда угодно, куда они
хотят, сплетая сеть знания так, чтобы она соответствовала связям в реальном
мире.
Мы, с нашими инертными кипами бумаги, могли бы им только завидовать - если бы у
нас не было компьютеров.
Магическая бумага, ставшая реальностью
В 1945 году, Ванневар Буш предложил систему, называемую "мимекс". Это было
настольное устройство, напичканное микрофильмами и механизмами, способными
показывать сохраняемые страницы и позволяющее пользователю замечать связи между
ними. Мимекс микрофильмов никогда не был построен, но мечта продолжала жить.
Сегодня компьютеры и экраны становятся достаточно дешевыми, чтобы использовать
их для обычного письма и чтения. Некоторые издатели статей стали электронными
издателями, создавая журналы и газеты доступными через компьютерные сети. А с
нужными программами, управляющие текстом компьютеры позволят нам связывать эту
информацию даже лучше, чем магические нити.
Теодор Нельсон, автор этой идеи, обозначил результат как "гипертекст": текст,
связанный во многих направлениях, а не только в одномерную последовательность.
Читатели, авторы и редакторы, использующие систему гипертекста, в общем случае
малосведущи в работе компьютеров и экранов, также как они были большей частью
несведущи в механизмах фотокомпозиции и офсетной литографии в прошлом. Система
гипертекста будет действовать просто как магическая бумага; любой, кто поиграет
с ней, вскоре станет знаком с её основными возможностями.
Всё же, описание структуры одной системы поможет в понимании работы гипертекста.
В подходе, которому следует группа гипертекста Ксанаду (в Сан-Джоз, Калифорния)
суть системы, её основа – это компьютерная сеть, способная хранить и документы,
и связи между документами. Начальная система могла быть настольной машиной для
одного пользователя; в конце концов, растущая сеть машин будет способна служить
как электронная библиотека. Сохраняемые документы будут способны представлять
почти все, будь то новеллы, диаграммы, учебники или программы - в конце концов,
даже музыку и фильмы.
Пользователи будут иметь возможность соединять любую часть любого документа с
любым другим. Когда читатель указывает на один конец связи (будь то показанной
на экране подчеркиванием, звездочкой или картинкой с цветной ниточкой), система
пойдет и отобразит материал на другом конце связи. Далее, она запишет новые
версии большого документа, не сохраняя дополнительные копии; ей нужно будет
сохранять только компоненты, которые изменены. Это даст возможность сохранять
более ранние версии любого документа, опубликованные и модифицированные
системой. Это всё будет делаться быстро, даже когда общее количество хранимой
информации станет громадным. Сеть таких машин могла бы, в конце концов, вырасти
в мир электронной библиотеки.
Чтобы найти материал в большинстве текстовых системах на основание компьютера,
пользователь должен ввести ключевые слова или непонятные коды. Гипертекст также
будет способен связать текст с кодами или ключевыми словами, или даже с
смоделированным каталогом карточек, но большинство пользователей вероятно
предпочтет просто читать и указывать на ссылки. Как заметил Теодор Нельсон,
гипертекст будет "новой формы чтения и письма, способом, таким же, как старый, с
кавычками и заметками на полях, и цитированием. Однако также он будет социально
самоконструирующимся в широкую новую пересекающуюся конструкцию, новую
литературу".
Что читатель увидит, когда будет проходить через эту структуру, будет зависеть
отчасти от собственной части системы со стороны читателя, от его машины,
возможно, персонального компьютера. Задний конец будет просто заносить в архив и
извлекать документы; передний край упорядочит их, извлеченные по запросу
читателя и отобразит их в подходящей для читателя форме по его вкусу.
Чтобы представить, как это будет выглядеть для пользователя, изобразите экран
размером с открытую книгу, покрытый печатными знаками размером с те, которые вы
читаете в хорошей книге хорошего издания, на хорошем экране. Сегодня экран
напоминал бы телевизор, но в течение нескольких лет он мог бы стать подобен
книге, объектом, умещающимся на коленях, со шнуром к информационному выводу. (С
нанотехнологией мы можем убрать и шнур: объект размером с книгу будет способен
содержать систему гипертекста, вмещающую изображения любой страницы любой книги
в мире, сохраненные в быстрой памяти с молекулярной записью.)
В этой книге - в той, которую вы сейчас держите в свои руках - я мог бы описать
книги Теодора Нельсона о гипертексте, "Литературные машины" и "Компьютерная
библиотека", но вы не можете видеть их на этих страницах. Их страницы - где-то в
другом месте, пойманы на текущий момент своего состояния. Но если это было бы
гипертекстовой системой, и я, или кто-то еще, добавил бы видимую связь, вы могли
бы указать на слова "Литературные машины" здесь и моментом позже текст на
противоположной странице очистился бы, заменившись содержанием книги Теда
Нельсона или избранными мною его цитатами. Оттуда вы могли бы войти в его книгу
или побродить по ней, возможно заставив вашу систему на переднем конце
показывать любые примечания, которые я связал с его текстом. Вы могли бы затем
вернуться сюда (возможно теперь отображая его примечания к моему тексту) или
двинуться к ещё другим документам, связанным с ним. Не покидая своего стула, вы
могли бы исследовать все основные сочинения по гипертексту, передвигаясь от
ссылки к ссылке через любое число документов.
Сохраняя запись последовательности связей (скажем, между набросками, чертежами и
материалами ссылок), гипертекст поможет людям писать и редактировать более
амбициозные работы. Используя гипертекстовые связи, мы можем плести наше знание
в последовательное целое. Джон Мьюир заметил, что "Когда мы пытаемся взять чтото само по себе, мы находим его сцепленным со всем остальным во вселенной".
Гипертекст поможет нам сохранить идеи сцепленными таким образом, как это лучше
представляет реальность.
С гипертекстом, мы будем способны лучше собирать и организовать знание,
увеличивая наш эффективный интеллект. Но чтобы сбор информации был эффективным,
он должен быть децентрализован; информация, распределенная между многими умами,
не может быть заложена в систему несколькими специалистами. Группа Ксанаду
предложила простое решение: позволить каждому писать и сделать так, чтобы
система автоматически платила гонорар авторам, когда читатели используют их
материал. Публикация будет простой, и люди будут вознаграждаться за снабжение
тем, что люди хотят.
Представьте, что вы сами хотели сказать об идеях и событиях. Представьте полные
смысла комментарии, которые даже сейчас улетучиваются из памяти, и авторов, и
слушателей по всему миру. В гипертекстовых системах, комментарии будут легко
публиковаться и легко находиться. Представьте вопросы, которые мучили вас. Вы
также могли бы их опубликовать; кто-нибудь, найдя ответ, мог бы затем его
опубликовать.
Поскольку каждый в системе будет способен писать текст и связи, сеть гипертекста
будет аккумулировать огромные запасы знания и мудрости и ещё большие груды
откровенной ерунды. Гипертекст будет включать старые новости, рекламу, граффити,
проповедь и ложь - так как читатель будет способен избежать плохого и
сконцентрироваться на хорошем? Мы могли бы назначить центральный редакционный
комитет, но это разрушило бы открытость подобной системы. Сортировка информации
- сама по себе информационная проблема, для которой гипертекст удачно поможет
нам разработать хорошие решения.
Поскольку гипертекст будет способен делать почти все, что способна бумажная
система, мы можем, по крайней мере, использовать решения, которые уже есть.
Издатели имеют упрочившиеся репутации в среде бумажного текста, и многие из них
стали двигаться к электронной публикации. В гипертекстовой системе они будут
способны публиковать в реальном времени документы, которые отвечают их
сложившимся стандартам. Читатели, расположенные к этому, будут иметь возможность
устанавливать свои системы так, чтобы они отображали только эти документы,
автоматически игнорируя новую макулатуру. Для них гипертекстовая система будет
выглядеть так, как будто она содержит только материалы авторитетных издателей,
но материалы, сделанные более доступными электронным распространением и
гипертекстовыми связями и индексами. Настоящая чепуха всё же ещё будет там
(постольку, поскольку её авторы заплатили некоторую цену за хранение своих
материалов), однако она не будет вторгаться на экраны читателей.
Но мы будем способны делать ещё лучше этого. Одобрение какого-либо документа
(показанного ссылками и рекомендациями) может исходить от кого угодно; читатели
будут обращать внимание на материалы, рекомендованные теми, кого они уважают.
Наоборот, читатели, которые находят документы, которые им нравятся, будут
способны посмотреть, кто их рекомендовал; это будет приводить к тому, что
читатели будут открывать людей, кто разделяет их интересы и заботы. Косвенно
гипертекст будет связывать людей и ускорять рост сообществ.
Когда публикация станет такой быстрой и легкой, поэтому писатели будут
производить больше материала. Поскольку гипертекст будет побуждать
редактирование людьми, не относящимся к определенным организациям, редакторы
будут обнаруживать, что они больше не нужны. Документы, которые цитируют,
перечисляют, и связывают другие документы, будут служить антологиями, журналами
и индексами моментального доступа. Побуждение вознаграждением будет побуждать
людей помогать читателям находить, что они хотят. Быстро появятся конкурирующие
гиды по литературе - и гиды к гидам.
Гипертекстовые связи будут лучше, чем бумажные ссылки и не только по скорости.
Бумажные ссылки позволяют трудолюбивому читателю следовать связям из одного
документа к другому, но попробуйте найти, какие документы ссылаются на тот,
который вы читаете! Сегодня, поиск таких ссылок требует громоздкого аппарата
ссылочных индексов, доступных только в исследовательских библиотеках,
охватывающих ограниченные темы, и месяцы устаревания. Гипертекстовые ссылки
будут работать в обоих направлениях, позволяя читателям находить то, комментарии
на что они читают. Это позволит сделать прорыв: это будет подвергать идеи более
полной критике, заставляя их эволюционировать быстрее.
Эволюция знания, будь то в философии, политике, науке или конструировании,
требует генерации, распространения и проверки мимов. Гипертекст ускорит эти
процессы. Бумажная среда управляется с процессом генерации и распространения
довольно хорошо, но проверка - громоздка.
Как только плохая идея достигает печати, она получает собственную жизнь и даже
её автор редко может что-то в корне изменить. Опровержения плохих идей, не
оставляющие камня на камне, становятся просто ещё одной публикацией, ещё одним
клочком бумаги. Днями или годами позже, читатели, которые столкнулись с ложной
идеей, лишь с малой вероятностью встретятся с её опровержением. Таким образом,
чушь продолжает жить. Только с приходом гипертекста критики будут способны
всаживать свои колкости прямо в плоть своих жертв. Только с гипертекстом авторы
будут способны исправлять свои ошибки, не сжигая всё в библиотеках или начав
массовую рекламную кампанию, а просто пересмотрев свои тексты и пометив старые
версии "беру свои слова обратно". Это даст некоторую компенсацию авторам за
более жестокую критику.
Критики будут использовать понятные опровержения для большего количества чепухи
(такой как ложные границы роста), вычищая его с интеллектуальной арены, хотя не
из записи, почти также быстро, как она входит в поле зрения. Руководства по
хорошей критике помогут читателям видеть, выжила ли идея после самых сильных
возражений, выдвинутых до сего момента. Сегодня, отсутствие известной критики не
значит многого, почему краткие критические комментарии сложно опубликовать и
тяжело найти. Однако в установившейся гипертекстовой системе, если идея прошла
сквозь критику, это значит, она прошла через суровое испытание. Они заслужат
реальное и возрастающее доверие.
Связывание нашего знания
Преимущества гипертекста глубоки; и поэтому они будут значительны. Гипертекст
позволит нам представлять знание в более естественном виде. Человеческое знание
образует неразрывную паутину, а человеческие проблемы проползают сквозь нечёткие
границы между областями. Аккуратные ряды книг оказывают плохую услугу
представлению структуры наших знаний. Библиотекари тяжело трудятся для того
чтобы сделать эти ряды больше похожими на сети, изобретая способы создавать
индексы, ссылки и упорядочивать кусочки бумаги. Однако вопреки честным усилиям и
победам библиотекарей, библиотечный поиск все ещё устрашает всех, кроме
посвященного меньшинства читающей публики. Библиотеки эволюционировали в
направлении гипертекста, однако механика бумаги всё же стесняет их.
Гипертекстовые системы позволят нам сделать гигантский шаг в направлении, в
котором мы движемся со времен изобретения письменности.
Сама наша память работает через ассоциации - связи, которые делают воспоминания
вспоминаемыми. Люди, работающие над ИИ, находят ассоциации существенным
аспектом, который делает знание полезным; они программируют то, что они называют
"семантическими сетями" для того чтобы строить системы представления знания.
На бумаге ассоциации между словами создают толковый словарь; в уме, подобный
словарь опирается на быстрые, гибкие ассоциации между словами. Действительно,
связи в памяти обеспечивают контекст, который дает значение нашим идеям.
Используя гипертекст, люди будут ассоциировать идеи путем опубликованных связей,
обогащая их содержание и делая их более доступными - действительно, делая их в
большей степени частями своего собственного разума.
Когда мы изменяем свои умы относительно того, каков мир и где мы сейчас в нем,
мы изменяем внутренние сети знания. Обоснованное изменение часто требует, чтобы
мы сравнивали конкурирующие структуры идей.
Чтобы оценить мировоззрение, представленное в какой-то книге, читатель должен
часто вспомнить или перечитать объяснения с более ранних страниц - или из
статьи, которую он видел в прошлом году. Но человеческая память подвержена
ошибкам, и углубление в старые статьи кажется слишком большой работой. Помня об
этой проблеме, авторы колеблются между тем, чтобы слишком углубляться (и таким
образом наскучивать своим читателям) и оставаться слишком поверхностным (таким
образом, оставляя слабые места в своем рассмотрении). Неизбежно, они делают и
то, и другое одновременно.
Читатели гипертекста будут способны видеть, поддерживают ли связанные источники
идею или связанная критика уничтожает ее. Авторы будут писать содержательно,
вызывая интерес у читателя кратким изложением идей и связывая их с длинными
скучными объяснениями. По мере того, как авторы выскажутся и критики выскажут
свои возражения, они выложат свои конкурирующие сети мировоззрений параллельно,
пункт за пунктом. Читатели все ещё не будут способны оценить сразу и в
совершенстве, но они будут способны оценить их быстрее и лучше. Таким образом,
гипертекст поможет нам в решении великой задачи нашего времени: оценкой, что
находится впереди и приспособлением наших мыслей к перспективам, которые
затрагивают самые основания установившихся мировоззрений. Гипертекст усилит наше
предвидение.
К сегодняшнему моменту, многие полезные приложения зрелых гипертекстовых систем
будут очевидны, или так очевидны, как они могут быть очевидны сегодня, до того
как мы испытаем их на собственном опыте непосредственно. Передача новостей одно из очевидных приложений.
Новости формируют наш взгляд на мир, но современные СМИ остро ограничивают то,
что журналисты могут отображать. Часто новости о технологиях и мировых событиях
только и имеют смысл как в более широком контексте. Но ограниченное место и
предельные сроки публикации лишают сообщения требуемого контекста. Это ослабляет
наше понимание событий. Используя гипертекст, журналисты будут легко связывать
сегодняшние новости с более широким рассмотрением предпосылок. Что более важно,
люди в сообщениях и случайные наблюдатели будут способны сказать свое слово,
связывая свои комментарии с сообщением репортера.
Реклама смазывает колеса экономики, приводя нас к (или уводя от) имеющихся в
наличии продуктов. Хорошо информированные потребители могут избежать подделок и
товаров с завышенными ценами, но требуемое исследование и сравнение занимает
много времени. Однако в гипертекстовой системе службы обслуживания потребителей
компаний будут собирать сравнительные каталоги, связывая описания конкурирующих
продуктов друг с другом, а также с результатами тестирования и сообщениями от
покупателей.
В образовании, мы можем учиться лучше всего, когда нам интересно то, что мы
читаем. Но большинство книг представляет идеи только только на одном уровне
сложности безотносительно подготовки учащегося или его интересов, к тому же и в
одной последовательности Снова, широкий спрос побудит рост полезных сетей в
гипертексте. Люди будут делать связи между подобными презентациями, написанными
на разных уровнях. Студенты смогут читать на удобном для них уровне, заглядывая
в параллельные темы, которые углубляются в детали несколько дальше. Станет проще
управляться со сложным материалом, потому что связи с более ранними и базовыми
определениями позволят читателям приостановиться, чтобы вернуться назад быстро, индивидуально, и без затруднений. Другие связи приведут во всех
направлениях к связанному материалу; связи в описании кораллового рифа будут
вести и к текстам по экологии рифов и сказкам о голодных акулах. Когда мы можем
удовлетворять сиюминутный интерес почти мгновенно, учёба становится
развлечением. Больше людей тогда будут находить её занятием, от которого
невозможно оторваться.
Справедливый судебный процесс будет процветать в гипертексте. Поскольку он будет
открыт для всех сторон и позволит задавать вопросы, отвечать на них и т.п.,
гипертекстовые дебаты будут иметь качество, внутренне присущее справедливому
судебному процессу. Действительно, гипертекст будет идеальной средой для
проведения форумов поиска фактов. Процедуры форумов, в свою очередь будут
дополнять гипертекст, переводя его дебаты по широкому кругу вопросов в чёткие
(хотя и предварительные) утверждения о ключевых технических фактах.
В конечном счете, очевидно, что гипертекст уменьшит проблему цитат вне
контекста: читатели смогут вызвать контекст оригинала, чтобы он появился вокруг
любой цитаты в системе по нажатию кнопки. Это будет ценно, и не только чтобы
предотвратить неправильную интерпретацию позиции автора; косвенные выгоды могут
иметь не меньшее значение. Разумные утверждения, вырванные из своего контекста,
могут казаться абсурдными, но авторы гипертекста будут знать, что "абсурдные"
цитаты приведут читателей прямо к оригинальному авторскому контексту. Это
побудит к более смелой манере письма, давая мимам, основанным на очевидности и
логике преимущество перед теми, которые основаны на общественных соглашениях и
интеллектуальной застенчивости.
Возможно самым важным (хотя и наименее ярким) преимуществом гипертекста станет
новая способность видеть отсутствие. Чтобы выжить в будущие годы, мы должны
правильно оценивать сложные идеи, а это потребует оценки, нет ли в аргументации
множества брешей. Но сегодня у нас есть сложности с обнаружением брешей.
Еще сложнее распознавать отсутствие критических ошибок, однако это - ключ к
тому, чтобы отличить сильный аргумент. Гипертекст поможет нам. Читатели будут
тщательно изучать важные аргументы, прикрепляя бросающиеся в глаза возражения
там, где они находят дыры. Такие возражения будут делать дыры непосредственно
видимыми: отсутствие хороших возражений, очевидно, будет показывать отсутствие
известных дыр. Может быть сложным оценить, насколько это будет важно:
человеческий разум имеет склонность не распознавать проблемы, вызываемые нашей
неспособностью видеть отсутствие дыр, ничего не говоря о возможностях, которые
эта неспособность заставляет нас пропускать.
Например, представьте, что у вас есть идея и вы пытаетесь решить, достаточно ли
она хорошо обоснована и стоит ли её публиковать. Если идея не очевидна, вы
можете усомниться в её истинности и не публиковать ее. Но если она всё же
выглядит очевидной, вы вполне можете предположить, что она уже опубликована, но
что вы просто её не можете найти, где. Гипертекст, сильно облегчит поиск того,
что опубликовано а что ещё нет. Делая дыры в нашем знании более видимыми,
гипертекст будет поощрять заполнение дыр.
Чтобы понимать и направлять технологию, нам требуется находить ошибки, в том
числе пропуски, в сложных технологических предложениях. Поскольку мы делаем это
плохо, мы делаем много ошибок, и видимость этих ошибок делает нашу
некомпетентность живым и угрожающим фактом. Это поощряет осторожность, однако
это также может поощрять паралич: поскольку нам сложно видеть дыры, мы боимся их
везде, даже где они не существуют. Гипертекст, выставляя проблемы более надежным
образом, поможет нам построить уверенность там, где она оправдана.
Опасности гипертекста
Также как большинство полезных институтов, гипертекст мог бы быть использован во
вред. Хотя он поможет нам отслеживать факты, он мог бы также помочь
правительствам отслеживать нас. Однако в балансе, он может служить свободе.
Разработанный для децентрализации - с большим числом машин, авторов и редакторов
- гипертекст может помочь гражданам более чем он помогает тем, кто будет ими
править. Правительственные банки данных всё равно растут. Гипертекстовые системы
могли бы даже помочь нам не упускать их из-под своего контроля.
Опора на электронную публикацию содержит ещё одну опасность. Правительства в
Соединенных Штатах и где бы то ни было ещё часто интерпретируют идеал, когда-то
выраженный как "свобода слова" или "свобода прессы" как свободу говорить и
продавать покрытую знаками бумагу. Правительства регулировали использование
радио и телевидения, требуя от них служить изменяющимся представлениям
чиновников об общественном интересе. Практическая организация и количество
вещательных каналов когда-то извиняли это, но эти извинения должны здесь и
кончиться. Мы должны расширить принципы свободы слова на новую среду
распространения информации.
Мы бы ужаснулись, если правительство бы приказало агентам в библиотеках сжигать
книги. Мы должны быть также напуганы, когда правительство пытается исключить
публичные документы из электронных библиотек. Если гипертекст должен нести наши
традиции, тогда то, что опубликовано, должно и оставаться таким. Электронная
библиотека из-за отсутствия в ней полок и бумаги будет ничуть не менее
библиотекой. Исключение чего-то из нее не произведет ни дыма, ни пламени, но
зловоние сжигаемых книг будет оставаться.
От рабочего стола к мировой библиотеке
Некоторые из преимуществ, описанных мной, будут происходить только из большой,
хорошо развитой гипертекстовой системы - такой, которая уже служит и как форумом
для широких дебатов и находится на пути к тому, чтобы стать мировой электронной
библиотекой. Подобная система может не иметь достаточно времени для того чтобы
вызреть до того момента, когда произойдут революции ассемблеров и ИИ. Чтобы
гипертекст получил свою почву, малые системы должны иметь свои практические
приложения, и чтобы гипертекст помог нам управлять технологической гонкой, малые
системы должны иметь влияние за пределами своего размера. К счастью, мы можем
ожидать существенных выгод почти с самого начала.
Отдельные машины гипертекста будут способны служить нескольким пользователям
одновременно. Даже не будучи связанными с чем-либо ещё в мире, они помогут
компаниям, ассоциациям и исследовательским группам управлять сложной
информацией.
Однако внешние связи будут простыми. Число публично доступных баз данных
увеличилось от нескольких десятков в середине 1960-х до нескольких сотен в
середине 1970-х и до нескольких тысяч в середине 1980-х. Компании сделали их
доступными через компьютерные сети. Гипертекстовые системы будут способны делать
выборки материала из этих баз данных, сохраняя коды доступа вместо настоящего
текста. Будет только казаться, что эта информация находится в гипертекстовой
системе. И это будет хорошо для многих целей.
Люди будут использовать ранние системы для того чтобы обеспечивать группу
сервисом удаленного доступа через телефонную линию, таким как BBS, но лучше.
Специальные группы обсуждения по интересам уже возникли в компьютерных сетях;
они находят гипертекст лучшей средой для обмена информацией и взглядами.
Ранние гипертекстовые системы также помогут нам строить и управлять
организациями. Обычные компьютерные конференции (просто посылка коротких
сообщений туда и обратно) уже помогает группам поддерживать связь. Преимущества
перед конференциями с личным живым участием включают более низкие издержки (не
нужно ездить), более гладкое взаимодействие (нет нужды ожидать или прерывать
людей) и лучшие соответствие умов (благодаря более четким сообщениям и меньшему
количеству столкновений на личной почве). Гипертекстовые коммуникации будут
расширять эти преимущества, давая участникам лучшие инструменты для создания
ссылок, а также для сравнения и составления краткого содержания. Поскольку
гипертекстовые дебаты не будут нуждаться в каком-либо одном редакторе, они
позволят организациям стать более открытыми.
Использование гипертекстового сервиса по телефону с домашнего компьютера в часы
с меньшей нагрузкой на линию, вероятно, будет на первом этапе стоить несколько
долларов в час. Эта стоимость будет падать со временем. Уже на протяжении
нескольких десятков лет реальная стоимость компьютеров падала примерно в десять
раз каждые десять лет; стоимость коммуникаций также снижалась. Гипертекстовые
системы будут доступны значительному числу людей почти также скоро, как они
появятся. В пределах десяти лет издержки, вероятно, упадут достаточно низко,
чтобы использовать этот сервис на широком рынке.
Электронная публикация уже начинает появляться. Академическая американская
энциклопедия, структурированная как простой гипертекст, стала доступной 90 000
подписчикам, используя 200 библиотек в восьми школах. Журнал Тайм сообщает, что
дети используют её с большим желанием. Терминалы в библиотеках уже могут
получать доступ к текстам множества газет, журналов и профессиональных изданий.
Нам не нужно ждать универсальной системы для того чтобы получить универсальные
преимущества, потому что гипертекст начнет оказывать влияние очень рано. Нам
нужен гипертекст в руках студентов, писателей, исследователей и менеджеров по
тем же причинам, что и нам нужны учебники в школах, приборы в лабораториях и
инструменты в мастерских. Некоторые книги произвели большие изменения, даже
будучи прочтенными меньшим количеством людей, чем один на тысячу, потому что они
имели заряд новых идей, носящихся вокруг общества. Гипертекст будет делать то же
самое, помогая выделять идеи, которые далее распространятся более широко через
традиционную печать и средства широкого вещания.
Гипертекст и печатный пресс
Чем будет гипертекстовая революция в сравнении с революцией Гуттенберга?
Некоторые цифры могут подсказать нам ответ.
Печать с подвижным набором разительно снизила стоимость книг. В четырнадцатом
веке королевский генеральный прокурор короля Франции имел только семьдесят шесть
книг, и это считалось большой библиотекой. Книги заключали в себе недели
квалифицированного труда - переписчики были грамотными. Массы крестьян не могли
ни позволить себе иметь книги, ни читать их.
Сегодня за год можно заработать на тысячи книг. Книги есть во многих домах;
огромные библиотеки содержат миллионы томов. Печатный станок сократил стоимость
книг в сто раз или больше, подготавливая почву для массовой грамотности,
массового образования и непрекращающейся мировой революции технологии и
демократии.
А гипертекст? Гуттенберг показал Европе, как упорядочить металлические литеры,
чтобы печатать страницы; гипертекст поможет нам переупорядочивать сохраненный
текст и посылать его через континенты со скоростью света. Печатание помещает
стопки книг в домах и горы книг в библиотеках; гипертекст в результате принесет
эти горы книг на каждый терминал. Гипертекст расширит революцию Гуттенберга,
увеличивая количество доступной информации.
Однако иные его преимущества кажутся более значительными. Сегодня для того чтобы
пройти по ссылке в библиотеке, нужно затратить минуты; если повезет - несколько
сот секунд, но это может занять дни и больше, если материал малоиспользуемый и
поэтому отсутствует, или слишком сильно используемый, и поэтому отсутствует.
Гипертекст уменьшит эту задержку с сотен секунд до примерно одной секунды. Таким
образом, тогда как революция Гуттенберга сократила затраты труда на производство
текста в несколько сотен раз, гипертекстовая революция в несколько сотен раз
сократит затраты труда на поиск текста. Это действительно будет революцией.
Как я говорил, благодаря более удобным связям, изменится структура текста, а
слдовательно произойдёт революция не только в количестве, но и в качестве. Это
увеличение в качестве примет много форм. Лучшие индексы сделают информацию более
легкой для отыскания. Лучшие критические обсуждения будут выпалывать глупость и
помогать сильным идеям процветать. Лучшее представление целого будет
подчеркивать дыры в нашем знании.
С изобилующей, доступной и высококачественной информацией мы будем, по-видимому,
более умными. А это увеличит наши шансы на то, что мы будем правильно обращаться
с будущими технологическими прорывами. Что может быть более ценно? В следующий
раз когда вы увидите беспрепятственно распространяемую ложь, или плохое решение,
которое сделано из чистого невежества, остановитесь и подумаете ещё раз о
гипертексте.
Глава 15. ДОСТАТОЧНО МИРОВ И
ВРЕМЕНИ
Проблема - не в новых идеях, а в том, чтобы избавиться от старых, которые
врастают в тех, кого воспитывали, как воспитывали большинство из нас, в каждый
уголок наших умов.
Джон Мейнард Кинз
Я описал, как успехи в химии и биотехнологии приведут к ассемблерам, которые в
свою очередь приведут к нанокомпьютерам, репликаторам и машинам ремонта клеток.
Я описал, как успехи в программировании приведут к автоматическому инжинирингу и
искусственному интеллекту. Вместе, эти успехи создадут будущее, богатое новыми
возможностями, одна из которых - наше уничтожение. Если мы будем использовать
форумы поиска фактов и гипертекст для того чтобы усилить наше предвидение, мы
можем, тем не менее, избежать исчезновения и двигаться вперед - но к чему?
К общемировой трансформации, которая сможет, если мы преуспеем, принести
изобилие и долгую жизнь для всех, кто их желает. И это - перспектива, которая
естественно вызывает мысли об утопии.
Стандартная утопия, как всем известно, - статичная и скучная или даже страшная.
Однако снова и снова утопические мечты изменяли историю, будь то к хорошему или
к плохому. Опасные мечты вели людей на убийство во имя любви, и к порабощению во
имя братства. Слишком часто мечта оказывалась неосуществимой, а попытка её
достичь оборачивалась несчастьем.
Нам нужны полезные мечты, чтобы руководить нашими действиями. Полезная мечта
должна показывать возможную и желаемую цель, и шаги по направлению к этой цели
должны давать положительные результаты. Чтобы помочь нам сотрудничать в
управлении гонкой технологий, нам нужны цели, которые зовут людей к различным
мечтам. Но какие цели могли бы этому послужить? Представляется, что они должны
содержать достаточно возможностей для разнообразия. Какие цели, которые мы
выбираем сегодня, так близко к заре разума, могли бы оказаться достойными
потенциала будущего? Представляется, что они должны содержать достаточно
возможностей для прогресса.
Только один тип будущего кажется достаточно широким, чтобы иметь
привлекательность: открытое будущее свободы, разнообразия и мира. С местом для
преследования множества различных мечтаний, открытое будущее будет
привлекательным для многих различных людей. Более величественные схемы, такие
как установление единообразного мирового порядка, кажутся более опасными. Если
"один мир, либо никакой" означает называние единой социальной системы на мир
враждебных ядерных держав, то это выглядит как рецепт бедствия. "Многие миры,
или никакой" кажется нашим реальным выбором, если мы сможем разработать активные
щиты, чтобы гарантировать мир.
Мы можем оказаться способными это сделать. Используя автоматические системы
инжиниринга того типа, который описан в главе 5, мы будем способны исследовать
пределы возможного в миллион раз быстрее, чем это делает человек. Таким образом,
мы будем способны очертить предельные границы технологической гонки, включая
гонку вооружений. Со щитами, основанными на этом знании, мы могли смочь
обеспечить стабильный, продолжительный мир.
Продвижение технологии не обязательно толкает мир к одному шаблону. Многие люди
когда-то боялись, что все большие машины и все большие организации овладеют
нашим будущим, сминая разнообразие и человеческий выбор. Действительно, машины
могут становиться больше, и некоторые так и сделают. Организации могут
становиться больше, и некоторые так и сделают. Но воняющие и гремящие машины и
огромные бюрократии уже становятся старомодными в сравнении с микросхемами,
биотехнологией и гибкими, подвижными организациями.
Сейчас мы можем видеть очертания высоких технологий в человеческом масштабе мира с машинами, которые не гремят, с химическими заводами, которые не воняют и
с производственными системами, которые не используют людей как колесики.
Нанотехнология показывает, что прогресс может принести иной стиль технологии.
Ассемблеры и ИИ позволят нам создавать сложные продукты без сложных организаций.
Активные щиты позволят нам обеспечить мир без массивного военно-промышленного
комплекса. Такие технологии расширят наш выбор, освобождая нас от ограничений,
создавая место для большего разнообразия и независимости. Установление эры
всеобщего богатства потребует, чтобы безбрежные невостребованные ресурсы космоса
были поделены так, чтобы каждому досталась значительная часть.
В следующих нескольких параграфах я сделаю обзор некоторых предельных
возможностей, которые откроют для нас новые ресурсы и новые машины создания пределы, которые варьируются от жизни в стиле научной фантастики до жизни в
новом каменном веке. Подумайте об этих крайностях как основных цветах, потом
смешайте вашу собственную палитру для того чтобы нарисовать будущее, какое вам
нравиться.
Нанотехнология и повседневная жизнь
Продвижение технологии может прекратить или продолжить жизнь, но оно также может
изменить её качество. Продукты, основанные на нанотехнологии, будут проникать в
повседневную жизнь людей, которые захотят их использовать. Некоторые последствия
будут тривиальными; другие могут быть фундаментальными.
Некоторые продукты будут иметь обычные действия - такие, как упрощение ведения
домашнего хозяйства (и тем не менее такие существенные, как сокращение причин
домашних ссор). В этом не должно быть особой хитрости, например, чтобы сделать
воздух дома постоянно свежим, а всё вокруг самоочищающимися - от посуды до
ковров. Для правильно сконструированных наномашин грязь будет пищей.
Другие системы, основанные на нанотехнологии, могли бы производить свежую еду настоящее мясо, зерно, овощи и т.д. - прямо дома и круглый год. Эта пища будет
получаться из клеток, растущих определенными структурами в растениях и животных;
клетки можно будет уговорить расти по этим самым структурам где угодно. Домашние
«выращиватели» пищи позволят людям есть то, что они обычно едят, никого не
убивая. Движение по защите прав животных (предвестники движения по защите всех
сознающих и чувствующих существ?) будут усиливаться соответственно.
Нанотехнология сделает возможными экраны высокого разрешения, которые будут
выдавать различные изображения для обоих глаз; результатом станет трехмерное
телевидение, такое реалистичное, что экран будет казаться окном в иной мир.
Экраны этого сорта могли бы войти в состав шлемов костюма, во многом подобных
космическим костюмам, описанным в главе 6. Сам костюм, вместо того, чтобы
перепрограммироваться, чтобы передавать силы и текстуры извне, мог бы вместо
этого прикладывать к коже силы и текстуры, определенные сложной интерактивной
программой. Комбинация костюма и шлема такого рода могла бы моделировать меньшую
часть того, что мы видим и ощущаем в любой внешней среде, будь то реальной или
воображаемой. Нанотехнология сделает возможными подвижные виды искусства и
фантастические миры, намного более захватывающие, чем любые книги, игры или
фильмы.
Продвинутые технологии сделают возможным целый мир продуктов, по сравнению с
которыми современные удобства кажутся неудобными и опасными. Почему не должны
объекты быть легкими, гибкими, долговечными и приспосабливающими под наши
желания? Почему не могут стены выглядеть как угодно, как мы хотим, и передавать
только звуки, которые мы хотим слышать? И почему не должны здания и машины
вообще подвергаться крушению и поджаривать своих обитателей? Для тех, кто хочет,
окружение повседневной жизни может напоминать некоторые из самых диких описаний,
которые можно найти в научной фантастике.
Другие фантастические мечты
Для тех, кто хочет в них жить, мечты научной фантастики могут быть различными
крайностями. Они колеблются от домов, которые приспосабливаются под нас для
нашего комфорта к возможностям тяжелого труда на отдаленных планетах. Авторы
научной фантастики представили себе многие вещи, некоторые возможные, а
некоторые находящиеся в прямом противоречии с известными естественными законами.
Но кто-то мечтал о космическом полете и космический полет произошел. Кто-то
мечтал о роботах и роботы появились. Кто-то мечтал о дешевых космических полетах
и интеллектуальных роботах, и они также на пути к реальности. Другие мечты также
кажутся возможными.
Авторы писали о прямой передачи мыслей и эмоций от ума к уму. Представляется
вероятным, что нанотехнология сделает возможной некоторую форму этого, связывая
нейронные структуры через передатчики и электромагнитные сигналы. Хотя с
ограничением скоростью света этот сорт телепатии кажется таким же возможным как
телефония.
Звёздные корабли, космические поселения, и интеллектуальные машины - всё станет
возможно. Всё это лежит вне нашего тела, однако авторы также писали о
трансформациях и внутри нашего тела; они также станут возможными. Стать
абсолютно здоровым – и телом и мозгом - одна форма изменения, однако некоторые
люди захотят большего. Они будут искать изменений на более глубоком уровне, чем
просто здоровье и богатство. Некоторые будут искать реализации в мире духа; хотя
этот запрос лежит вне пределов досягаемости грубой материальной технологии,
новые физические возможности дадут новые отправные точки и достаточно времени,
чтобы попробовать. Технология, лежащая в основе систем клеточного ремонта,
позволит людям изменять свои тела самым различным образом - от тривиального до
удивительного и причудливого. Такие изменения имеют несколько очевидных
ограничений. Некоторые люди могут потерять человеческий облик - подобно тому как
гусеница трансформируется для того чтобы подняться в воздух; другие могут
привести обычный человеческий облик к новым совершенствам. Некоторые люди просто
вылечат свои бородавки, и, не обращая внимания на новых бабочек, пойдут на
рыбалку.
Писатели мечтали о путешествии через время в прошлое, но здесь природа, кажется,
сотрудничать не хочет. Однако биостаз открывает путешествие в будущее, поскольку
он может заставить годы пройти в мгновение ока. Уставшие могут искать новшеств
более отдаленного будущего, возможно ожидая медленно зреющих продвижений в
искусстве или обществе, или нанося на карту миры галактики. Если так, они примут
решение спать, переходя из века в век в поиске времени, которое им подойдет.
Странные виды будущего остаются открытыми, содержа миры выше возможностей нашего
воображения.
Усовершенствованная простота
Э.Ф. Шумахер, автор книги "Малое - прекрасно", писал: "Я не сомневаюсь, что
можно дать новое направление технологическому развитию, направление, которое
приведет обратно к реальным потребностям человека, и которое также означает: к
настоящему размеру человека. Человек мал, и, следовательно, малое красиво".
Шумахер не писал о нанотехнологии, но могла бы такая продвинутая технология быть
частью более простой жизни на человеческом уровне?
В доисторические времена люди использовали два сорта материалов: продукты
естественных балк-процессов (таких как камень, вода, воздух и глина) и продукты
естественных молекулярных машин (такие как кость, дерево, шкуры и шерсть).
Сегодня мы использованием те же самые материалы и сложные балк-процессы для того
чтобы изготавливать продукты нашей глобальной индустриальной цивилизации. Если
технологические системы выросли больше человеческого размера, наша балктехнология и глупые машины в большой степени этому виной: чтобы сделать системы
сложными, мы должны были сделать их большими. Чтобы сделать их работоспособными,
мы были должны заполнять их людьми. Получившаяся в результате система сейчас
расползается по континентам, запутывая людей в глобальную паутину. Она
предложила спасение от тяжелого труда земледелия для поддержания существования,
удлинила жизни и принесла богатство, но всё это за цену, которую некоторые
считают слишком высокой.
Нанотехнология откроет новые возможности. Самокопирующиеся системы будут
способны обеспечивать пищу, заботу о здоровье, кров и другие необходимые вещи.
Они будут делать это без чиновников или больших фабрик. Маленькие
самодостаточные сообщества смогут воспользоваться этими преимуществами.
Один из тестов по которому можно проверять технологии – это тест свободы, то
есть: освобождает ли она людей, обеспечивая им возможность вернуться к
примитивному образу жизни. Современная технология не проходит по этому тесту;
молекулярная технология - да. Как пример теста, представьте себе возврат в
каменный век - не просто игнорируя молекулярную технологию, а используя ее.
Поселенцы каменного века, не имеющие современного образования, не поняли бы
молекулярные машины, но для них это понимание значило бы мало. Со времен
древности, сельские жители использовали молекулярные машины дрожжей, семян и
козлов не понимая этого на молекулярном уровне. Если такие сложные и упрямые
вещи как козлы подходят для примитивного образа жизни, то наши формы
молекулярных машин подойдут обязательно. Живое показывает, что механизмы внутри
самокопирующейся системы могут игнорироваться так, как не могут игнорироваться
механизмы автомобиля. Таким образом, группа могла бы выращивать новые “растения”
и “животных”, чтобы облегчить суровые грани бытия, и всё же жить в основе жизнью
каменного века. Они могли бы даже ограничивать себя обычными растениями и
животными, сконструированными только тысячелетиями селективного размножения.
С такими широкими возможностями некоторые люди могут даже решить жить так, как
мы живем сегодня: с уличным шумом, вонью и опасностями; с дырками в зубах и
визжащими дрелями; с болью в суставах и обвисшей кожей; с радостями,
уравновешенными страхом, тяжелым трудом и приближающейся смертью. Но если только
им не промоют мозги, чтобы стереть знание лучших решений, сколько людей по
собственной воле покорились бы подобной жизни? Возможно, немногие.
Можно ли представить себе обычную жизнь в космическом поселении? Поселение было
бы большим, сложным и размещенным в космосе - но Земля также большая, сложная и
размещается в космосе. Миры в космосе были бы такими же самообеспечивающимися
как Земля и такими же большими как континент, залитый солнечным светом,
наполненный воздухом и содержащий биоцилиндр, если не биосферу.
Космические миры не обязательно будут нуждаются в прямой человеческой
разработке. В основе большой части природы лежит определенный вид беспорядочного
порядка. Прожилки на листе, ветви дерева, форма островов в водоразделе - всё это
имеет свободу формы со структурами, которые напоминают то, что математики
называют “фракталами”. Искусственные земли в космосе не обязательно должны быть
смоделированы по принципу полей для гольфа или загородных земельных участков.
Некоторые будут оформлены с помощью компьютерных программ, чтобы отражать
глубокое знание естественных процессов, оформляя человеческую цель естественным
качеством, которое ни один человеческий разум или руки не могут непосредственно
произвести. Горы и долины в землях, во многом похожие на девственную дикую
природу будут отражать формы почв мечты и гор мечты, высеченных за века
виртуальной водой. Миры в космосе будут естественными мирами.
Достаточно места для мечты
Таков, стало быть, размер перспектив будущего. Хотя пределы роста никуда не
денутся, мы будем способны использовать солнечную энергию в триллионы раз
большую, чем вся энергия, которая сейчас находится в распоряжении человека.
Используя ресурсы солнечной системы, мы будем способны создавать земли площадью
в миллионы площадей Земли. С ассемблерами, автоматическим инжинирингом и
ресурсами космоса мы будем быстро набирать богатство в таком количестве и
качестве, которое нам в прошлом могло только пригрезиться. Конечные пределы
продолжительности жизни будут оставаться, но технология ремонта клеток будет
делать возможными совершенное здоровье и неопределенно долгую жизнь для каждого.
Этот прогресс принесет новые машины разрушения, но он также сделает возможными
активные щиты и системы контроля вооружений, способные стабилизировать мир.
Короче говоря, у нас есть шанс создать будущее с достаточным местом для многих
миров и многих выборов, а также с достаточным временем, чтобы их исследовать.
Прирученная технология может расширить наши пределы, заставляя технологии меньше
ограничивать нашу человечность. В открытом будущем - будущем богатства,
пространства и разнообразия, группы будут свободны формировать почти любое
общество, которое они хотят, свободны разрушить или создать свой великолепный
образец мира. Если только ваши мечты не требуют, чтобы вы владели всеми
остальными, есть шансы, что другие люди будут желать разделить их с вами. Если
так, то вы и эти другие люди могут решить объединиться вместе для того чтобы
образовать ваш новый мир. Если многообещающее начало провалилось, значит оно
пыталось решить слишком много проблем или наоборот слишком мало, но вы будете в
состоянии попробовать ещё раз. Наша проблема сегодня - не планировать или
строить утопии, а искать возможности попробовать.
Приготовления
У нас может и не получиться. Размножающиеся ассемблеры и ИИ принесут проблемы
беспрецедентной сложности, и они угрожают появиться с беспрецедентной скоростью.
Мы не можем ждать фатальной ошибки и потом решить, что делать с ней; мы должны
использовать эти новые технологии, чтобы строить активные щиты до того, как
угрозы будут высвобождены.
К счастью для нас, надвигающиеся прорывы будут становиться всё более очевидными.
В конце концов, они привлекут общественное внимание, гарантируя по крайней мере
какую-то меру предвидения. Но, чем раньше мы начнем планировать, тем лучше наши
шансы. Мир скоро станет гостеприимным к мимам, которые стремятся описать хорошо
обоснованные линии политики по отношению к ассемблерной революции и ИИ. Такие
мимы затем распространятся и укоренятся - заслуживают они того, или нет. Наши
шансы будут лучше, если, когда это время наступит, солидный набор идей уже будет
выкован и проверен. Этот набор идей начнет распространяться и тогда более
вероятно, что общественное мнение и общественная стратегия повернут нас в
разумном направлении в критический момент - когда кризис будет близко. Эта
ситуация делает обсуждение и обучение публики важным уже сейчас. Управление
технологией также потребует новых институтов, а институты не развиваются за одну
ночь. Это делает работу над гипертекстом и форумами фактов важными уже сейчас.
Если они будут готовы к использованию, они также будут становиться всё более
популярными по мере приближения кризиса.
Вопреки широкой привлекательности открытого будущего, некоторые люди будут
против него. Жадные до власти, нетерпеливые идеалисты и кучка чистых
человеконенавистников найдут перспективы свободы и разнообразия отвратительными.
Вопрос - будут ли они определять линию политики общества? Правительства будут
неизбежно субсидировать, отсрочивать, классифицировать, управлять, собирать в
совокупность и направлять будущие прорывы. Сотрудничающие демократические страны
могут сделать фатальную ошибку, но если они её сделают, она, вероятно, будет
результатом общественного непонимания,- непонимания того, какие линии политики
будут иметь какие последствия.
Конечно, настоящая оппозиция открытому будущему будет существовать – она будет
основана на противоречащих ему (и часто невыраженных) ценностях и целях. Но
будет намного большие дискуссий и разногласий по поводу конкретных предложений,
основанных на различных воззрениях на новые факты. И хотя многие разногласия
будут происходить из различий суждений, многие неизбежно будут происходить из
простого невежества. Ведь даже надежные, хорошо установленные факты будут в
первое время оставаться малоизвестными.
Что хуже, перспективы технологий, таких принципиальных как ассемблеры, ИИ и
машины ремонта клеток должны неизбежно разрушить многие старые укоренившиеся
идеи. Это вызовет конфликты в умах людей (Я знаю; я испытал некоторые из них). В
некоторых умах, эти конфликты включат рефлекс “отрицай новое”, который служил
человечеству в качестве наиболее простой умственной иммунной системы. Этот
рефлекс сделает невежество упорным.
Однако ещё хуже то, что распространение полуправды также будет причинять вред.
Чтобы функционировать должным образом, некоторые мимы должны быть связаны с
другими. Если идея нанотехнологии распространялась бы без идеи о её опасности,
то нанотехнология была бы большей угрозой, чем она есть. Но в мире, в котором
люди относятся к технологии с осторожностью, эта угроза будет небольшой. Однако
фрагменты этой српуствующей идеи (идеи об опасности нанотехнологии) будут
распространяться, сея ложное понимание и конфликт.
Идея форма поиска фактов, когда обсуждение происходит отвлечённо и единообразно
без отличий между фактами, ценностями и стратегиями, звучит технократически.
Если активные щиты предлагаются без упоминания гипертекста или форумов поиска
фактов, может казаться, что им невозможно доверять. Опасность и неизбежность
нанотехнологии для тех, кто не знает об активных щитах, будет приносить
отчаяние. Опасность нанотехнологии, когда её неизбежность не понимается,
возбудит бесплодные локальные усилия по остановке её глобального прихода.
Активные щиты, когда мотивом их создания не будет является контроль молекулярной
технологии, будут казаться большинству людей слишком большими хлопотами. Когда
говорят об “оборонных проектах” без различия между обороной и нападением, щиты
могут производить впечатление угрозы миру.
Подобным образом идея долгой жизни, если ей не будет сопутствовать ожидание
изобилия и расширения границ обитания, будет казаться извращенной. Изобилие,
представленное без космического развития или контролируемых репликаторов, будет
звучать как расточительное и вредоносное использование окружающей среды. Идея
биостаза для тех, кто ничего не знает о машинах ремонта клеток и путает смерть с
разложением, будет звучать ещё более абсурдно.
Идеи имеют тенденцию дробиться по мере того, как они движутся вперед. Удержать
их вместе могут лишь книжные обложки или гипертекстовые связи. Нам будет нужно
разработать и распространить понимание будущего как целого, как системы
взаимосвязанных опасностей и возможностей. Это требует усилий от многих умов.
Побудительный мотив изучать и распространять необходимую информацию будет
достаточно силен: вопросы многообещающи и важны. И многие люди будут хотеть,
чтобы их друзья, семьи и коллеги присоединились к рассмотрению того, что лежит
впереди. Если мы будем продвигаться в правильных направлениях - изучение,
преподавание, обсуждение, сдвиг направлений и продвижение дальше, то мы можем
всё же направить гонку технологий в будущее, где будет достаточно места для
нашей мечты.
Эры эволюции и тысячелетия истории подготовили этот вызов и тихо поставили его
перед нашим поколением. Будущие годы принесут величайшую поворотную точку в
истории жизни на Земле. Направить жизнь и цивилизацию через этот переход великая задача нашего времени.
Если мы преуспеем (и если мы выживем), то вы можете удостоиться бесконечных
вопросов от надоедливых пра-правнуков: “На что это было похоже, когда ты был
ребенком, тогда, перед Прорывом?” или “На что это похоже - становиться старым?”
или “Что ты думал, когда ты услышал, что Прорыв приближается?”, а также “И что
ты потом сделал?” Своими ответами вы перескажите ещё раз сказку о том, как мы
выиграли наше будущее.